在IGBT的應(yīng)用中，當(dāng)外部負(fù)載發(fā)生故障，或者柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)出現(xiàn)異常，或者某個(gè)IGBT或二極管突然失效，均可能引起IGBT短路，表現(xiàn)為橋臂內(nèi)短路、相同短路及接地短路，由于IGBT在短路狀態(tài)下需要同時(shí)承受高壓和大電流，并且需要維持一定的時(shí)間，因此如果發(fā)生了IGBT的短路失效而不能及時(shí)有效地控制，將會(huì)進(jìn)一步損壞散熱器、電極母線、與之近鄰的IGBT及柵極驅(qū)動(dòng)等，造成很大的損失。因此，IGBT的短路能力是一中很重要的參數(shù)，影響著IGBT及其系統(tǒng)裝置的可靠性。

當(dāng)IGBT發(fā)生短路時(shí)，器件所承受的電壓來自外部母線電壓Vdc，所承受的電流為器件的飽和電流。當(dāng)短路發(fā)生在lGBT阻斷時(shí)，由于IGBT的MOS溝道已經(jīng)夾斷，IGBT的集電極電流幾乎不受集電極-發(fā)射極電壓（Vce）的影響，而受柵極電壓（Vge）的影響較大。然而當(dāng)短路發(fā)生在IGBT導(dǎo)通時(shí)，由于IGBT的米勒效應(yīng)，導(dǎo)致Vge進(jìn)一歩升高，增加了短路電流。一般情況下，高壓IGBT的短路電流承受能力為額定電流的5~10倍。

1）從阻斷狀態(tài)直接進(jìn)入短路狀態(tài)

lGBT的短路類型共有3種。第1種是lGBT從阻斷狀態(tài)直接進(jìn)入短路狀態(tài)。IGBT在開始時(shí)處于阻斷狀態(tài)下，且集電極-發(fā)射極電壓Vce值較大，一般在額定電壓等級(jí)的一半以上。在柵極信號(hào)的作用下，lGBT開通并直接進(jìn)入短路狀態(tài)。這時(shí)的短路電流值等于IGBT在標(biāo)準(zhǔn)柵壓（Vge=15V）下的飽和電流值，典型的測試波形如圖1所示。可以看出。IGBT在短路狀態(tài)下需要同時(shí)承受高壓和大電流，并維持一段時(shí)間（一般為10μs）。由于芯片在短路狀態(tài)下的結(jié)溫升高，短路電流隔時(shí)間增加而變小。在lGBT關(guān)斷時(shí)，Vce會(huì)發(fā)生過沖，為了避免Vce峰值超過額定電壓值，一般將柵極關(guān)斷電阻Rgoff設(shè)置較大，控制電流變化率di/dt的大小，實(shí)現(xiàn)軟關(guān)斷。

2）從導(dǎo)通狀態(tài)直接進(jìn)入短路狀態(tài)

第2種是lGBT從導(dǎo)通狀態(tài)直接進(jìn)入短路狀態(tài)。即IGBT在正向?qū)顟B(tài)下發(fā)生短路，集電極電流Ic從額定電流值迅速升高。電流變化率di/dt由集電極-發(fā)射極電壓Vce與串聯(lián)電感LSC決定。在這個(gè)過程中，由于米勒效應(yīng)導(dǎo)致柵壓升高，因此短路電流峰值比第1種情況更大。如圖2所示。這種情況下lGBT需要承受更嚴(yán)峻的考驗(yàn)，為了保護(hù)lGBT，需要在驅(qū)動(dòng)電路中采用柵極電壓箝位措施。

3）從阻斷狀態(tài)首先進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)，然后進(jìn)入短路狀態(tài)

第3種是IGBT從阻斷狀態(tài)首先進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)，然后進(jìn)入短路狀態(tài)。開始時(shí)快恢復(fù)二極管（FRD）處于正向?qū)顟B(tài)，與之反并聯(lián)連接的lGBT處于阻斷狀態(tài)，發(fā)生短路后FRD從正向?qū)ㄟM(jìn)入反向恢復(fù)狀態(tài)，因此IGBT會(huì)首先開通進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)，緊接著進(jìn)入短路狀態(tài)，如圖3所示。這種情況下IGBT受短路沖擊的嚴(yán)峻性與第二種短路情況基本相同，但是FRD在反向恢復(fù)的狀態(tài)下需要承受很大的電壓變化率（dv/dt）的沖擊，其受沖擊的程度比IGBT更嚴(yán)峻。

綜上所述，IGBT在第2種短路類型下所承受短路的沖擊比在第1種短路類型下所承受的短路沖擊更大。第3種短路類型對(duì)IGBT的沖擊與第2種相似，面對(duì)FRD的沖擊相對(duì)更大一些。

根據(jù)短路失效發(fā)生的時(shí)間順序，可以將IGBT的短路過程的失效分為：短路開始時(shí)的過流失效、短路過程中的穩(wěn)態(tài)失效、短路關(guān)斷時(shí)的過壓失效及短路關(guān)斷后的過熱失效，如圖4所示。

短路開始時(shí)的過流失效主要由閂鎖效應(yīng)引起，而目前抗閂鎖技術(shù)較為成熟，一般較少發(fā)生，短路關(guān)斷時(shí)的過壓失效主要由過大的電流變化率（di/dt）導(dǎo)致，過壓則可以通過分步關(guān)斷，降低關(guān)斷的di/dt來避免。因此，目前最常見的IGBT失效是短路過程中的穩(wěn)態(tài)失效和短路關(guān)斷后的過熱失效。過熱失效主要發(fā)生在中低壓IGBT。對(duì)高壓IGBT而言，最主要的失效是穩(wěn)態(tài)失效，這是因?yàn)橹械蛪簂GBT的襯底較薄，功率密度大。工作時(shí)溫升快而大，容易發(fā)生熱擊穿，而高壓IGBT的襯底較厚，功率密度相對(duì)較低，工作時(shí)的溫升相對(duì)較小，其短路能力主要受電流局部集中而擊穿的限制。