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谈谈@@SiC MOSFET的@@短@@路@@@@能@@力@@@@@@

judy — Wed, 31 Jan 2024 02:16:21 +0000

在@@电力@@电子@@的@@很多应用@@@@，如@@电机驱动@@@@@@@@，有@@时@@会出@@现短@@路@@@@的@@工况@@。这就要求功率@@器件@@@@有@@一定的@@扛短@@路@@@@能@@力@@@@@@，即@@在@@一定的@@时@@间@@内@@承受住短@@路@@@@电流@@而@@不损坏@@。

目前@@市面上@@大@@部@@分@@@@@@@@IGBT都@@会在@@@@数据手册中@@标@@出@@短@@路@@@@能@@力@@@@@@，大@@部@@分@@@@@@在@@@@5~10us之间@@，例@@如@@@@英@@飞@@凌@@@@@@IGBT3/4的@@短@@路@@@@时@@间@@是@@@@@@10us，IGBT7短@@路@@@@时@@间@@是@@@@8us。

而@@ 大@@ 部@@ 分@@ 的@@ SiC MOSFET 都@@ 没@@ 有@@ 标@@ 出@@ 短@@ 路@@ 能@@ 力@@ ，即@@ 使@@ 有@@ ，也@@ 比@@ 较@@ 短@@ ，例@@ 如@@ 英@@ 飞@@ 凌@@ 的@@CoolSiCTM MOSFET单管@@封装@@@@器件@@标@@称短@@路@@@@时@@间@@是@@@@@@@@3us，EASY封装@@器件@@标@@称短@@路@@@@时@@间@@是@@@@@@2us。

为@@什么@@IGBT和@@SiC MOSFET短@@路@@@@能@@力@@@@差这么多@@，这是@@@@SiC天生的@@缺陷吗@@？今天@@我们简单分@@析一下@@。

先以@@@@IGBT为@@例@@@@，看一下短@@路@@@@时@@@@，功率@@器件@@@@内@@部@@发生了@@什么@@？

功率@@器件@@@@正常工作时@@处于饱和@@区@@，CE电压@@很低@@@@，此时@@@@器件@@电流@@随@@@@CE电压@@提高@@@@而@@上@@升@@。随着@@CE电压@@进一步提升@@，反型@@层沟道@@被夹断@@，器件@@电流@@相对@@@@保持稳定@@，不再随@@CE电压@@上@@升而@@上@@升@@，我们称之为@@退出@@饱和@@区@@@@。在@@IGBT的@@输出@@特性@@@@曲线@@@@@@上@@@@，我们能@@看到@@明显的@@退饱和@@现象@@。

（关于@@IGBT退饱和@@特性@@更详细分@@析可参考@@如@@何理解@@IGBT的@@退饱和@@现象以@@及安全工作区@@@@）

(a) IGBT工作在@@饱和@@区@@

(b) IGBT退出@@饱和@@区@@，沟道@@夹断@@

IGBT输出@@特性@@曲线@@@@

有@@的@@@@SiC MOSFET没@@有@@短@@路@@@@能@@力@@@@@@，是@@因为@@@@它没@@有@@退饱和@@特性@@吗@@？非也@@@@，SiC MOSFET也@@有@@退饱和@@特性@@@@，只不过@@对@@于@@@@MOSFET，工作区的@@命名方式@@和@@@@IGBT正好@@相反@@@@，正常工作的@@状态为@@线性区@@。当@@DS之间@@电压@@上@@升到@@一定程度@@后@@@@，沟道@@夹断@@，电流@@随@@DS电压@@上@@升的@@趋势变小@@，这时@@@@MOSFET进入了@@饱和@@区@@。只不过@@从@@输出@@特性@@上@@看@@，对@@于@@SiC MOSFET，进入饱和@@的@@拐点不太明显@@。SiC MOSFET进入饱和@@区的@@拐点不太明显@@，和@@DIBL（漏致势垒降低@@@@效应@@@@）有@@关@@，有@@兴趣了@@解的@@读者请戳这篇文章@@SiC MOSFET的@@短@@沟道@@效应@@@@

我们以@@下@@图@@为@@例@@@@@@，来说@@明@@SiC MOSFET的@@一类短@@路@@@@过程@@。这是@@@@两个@@@@45mΩ 1200V CoolSiC™MOSFET的@@短@@路@@@@波形@@@@：一个@@@@是@@@@4脚@@的@@@@TO-247封装@@，另一个@@@@是@@@@@@3脚@@TO-247封装@@。图@@中@@@@显示@@@@了@@两者在@@@@VDS=800V的@@直@@流电压@@下的@@@@情况@@。

短@@路@@@@刚开始发生时@@@@，漏极电流@@迅速上@@升@@，很快@@到@@达一个@@@@峰值@@@@。由@@于@@开尔文@@源@@设计@@中@@的@@@@反馈回路@@减少@@@@，4脚@@TO-247封装@@的@@@@MOSFET的@@电流@@@@上@@升得更快@@@@，在@@短@@路@@@@事件@@开始时@@@@，它也@@显示@@出@@较@@少@@的@@自热@@@@，峰值@@电流@@很高@@@@@@，超过@@300A。相反@@，3脚@@TO-247封装@@的@@@@器件@@显示@@出@@较@@小的@@峰值@@电流@@@@@@。造成这种情况的@@主要原因是@@@@di/dt作用于@@3脚@@188足彩外@@围@@app 的@@功率@@@@回路@@中@@的@@@@杂散电感@@，产生的@@瞬时@@电压@@对@@@@VGS产生负反馈@@，从@@而@@@@降低@@@@了@@开关速度@@@@。随后@@@@，短@@路@@@@电流@@引起@@SiC MOSFET芯片@@结@@温@@上@@升@@，沟道@@迁移率@@μn随之降低@@@@@@，同时@@@@叠加@@JFET效应@@，使@@得@@短@@路@@@@电流@@自峰值@@后@@开始下降@@，漏极电流@@下@@降到@@大@@约@@150A，直@@至@@关断@@@@。测试@@波形@@证明了@@两种@@封装@@的@@@@@@TO-247 CoolSiC™ MOSFET的@@典型@@@@@@3μs短@@路@@@@能@@力@@@@。对@@于@@功率@@模块@@@@@@，根据相关@@的@@目标@@应用@@要求@@，目前@@的@@短@@路@@@@能@@力@@@@@@最高@@为@@@@2μs。我们的@@@@CoolSiC™ MOSFET是@@第一个@@@@在@@数据表@@中@@保证短@@路@@@@耐受时@@间@@的@@器件@@@@。

TO247 3pin 封装@@的@@@@IMW120R030M1H中@@，关于@@短@@路@@@@时@@间@@的@@定义@@：

EASY封装@@的@@@@FF33MR12W1M1H中@@，关于@@短@@路@@@@时@@间@@的@@定义@@：

大@@部@@分@@@@@@IGBT短@@路@@@@时@@间@@在@@@@5~10μs，SiC MOSFET器件@@短@@路@@@@时@@间@@相对@@@@比@@较@@@@低@@@@，主要原因有@@以@@下@@几点@@：

1.通过@@以@@上@@@@分@@析@@，我们可以@@看到@@@@@@，当@@功率@@器件@@@@处于短@@路@@@@状态时@@@@，短@@路@@@@电流@@相对@@@@恒定@@。对@@于@@IGBT来说@@，短@@路@@@@电流@@一般是@@额定@@电流@@@@的@@@@4~6倍@@，而@@SiC MOSFET的@@短@@路@@@@电流@@一般可达额定@@电流@@@@的@@@@10倍@@。这一点从@@二者的@@输出@@特性@@@@曲线@@@@@@就可以@@看出@@@@来@@。

2.当@@功率@@器件@@@@短@@路@@@@时@@@@，器件@@承受母线电压@@@@@@，电场分@@布在@@整个@@漂移区@@。因为@@@@SiC材料的@@@@临界电场强@@度@@约是@@@@Si材料的@@@@10倍@@，因此@@，要达到@@@@同样@@的@@@@耐压@@等级@@，SiC MOSFETI漂移区仅需要@@SiIGBT的@@十分@@之一@@。这意味着@@@@SiC MOSFET短@@路@@@@时@@发热@@热@@量更集中@@@@@@，温度@@@@也@@更高@@@@。

3.SiC MOSFET芯片@@面积小@@于同电流@@等级的@@@@@@IGBT，电流@@密度@@@@更高@@@@，热@@量更集中@@@@。

综上@@所述@@，SiC MOSFET面积小@@、短@@路@@@@电流@@高@@@@、漂移层薄等特性@@@@，导致其@@短@@路@@@@时@@发热@@量集中@@@@，相对@@@@IGBT来说@@，短@@路@@@@时@@间@@就相对@@@@短@@一些@@。

是@@不是@@@@SiC MOSFET短@@路@@@@能@@力@@@@就一定不如@@@@IGBT呢@@？也@@并不是@@这样@@@@。功率@@器件@@@@的@@短@@路@@@@能@@力@@@@@@都@@是@@@@设计@@出@@来的@@@@，短@@路@@@@能@@力@@@@需要和@@其@@他性能@@@@做折衷@@。比@@如@@@@增加@@器件@@沟道@@密度@@@@@@，MOSFET的@@导通@@@@电阻@@@@会下降@@，但@@相应的@@@@，电流@@密度@@@@更高@@@@，短@@路@@@@电流@@会更大@@@@，因此@@短@@路@@@@时@@间@@下降@@。

除@@了@@@@导通@@电阻@@@@@@，SiC MOSFET短@@路@@@@能@@力@@@@设计@@还要考虑耐压@@@@、损耗@@、寿命等多种因素@@。可以@@设计@@一个@@@@损耗@@极低@@但@@没@@有@@短@@路@@@@能@@力@@@@@@的@@器件@@@@，也@@可以@@稍微牺牲一点性能@@@@@@，使@@器件@@具备短@@路@@@@能@@力@@@@@@，从@@而@@@@提升整体系统@@的@@可靠@@性@@。选择哪一个@@@@方向@@@@，使@@器件@@最终呈现什么样的@@性能@@@@@@，都@@是@@@@针对@@@@目标@@应用@@权衡的@@结@@果@@。

本文转载自@@：infineon

确保@@IGBT产品@@可靠@@性@@，需要经过哪些测试@@@@？

judy — Mon, 29 Jan 2024 02:50:03 +0000

在@@当@@今的@@半导体市场@@@@，公司@@成功的@@两个@@重要因素是@@产品@@质量和@@可靠@@性@@。而@@这两者是@@相互关联的@@@@@@，可靠@@性体现为@@在@@产品@@预期寿命内@@的@@@@长期质量表@@现@@。任何制造@@商要想维续经营@@，必须确保@@产品@@达到@@@@或@@超过@@基@@本的@@质量标@@准@@@@和@@可靠@@性标@@准@@@@。安森美@@(onsemi)作为@@@@一家半导体供应商@@@@，为@@高@@要求的@@应用@@提供@@能@@在@@恶劣环境下运行@@@@的@@产品@@@@，且@@这些@@产品@@达到@@@@了@@高@@品质和@@高@@可靠@@性@@。之前我们分@@享了@@如@@何对@@@@IGBT进行可靠@@性测试@@@@@@，今天@@我们来介绍如@@何通@@过@@可靠@@性审核程序@@确保@@@@IGBT的@@产品@@可靠@@性@@@@。

安森美@@通过@@严格执行可靠@@性审核程序@@来确保@@可靠@@性@@。所有@@@@ IGBT 产品@@都@@根据工艺@@技术@@和@@封装@@类型@@分@@为@@不同的@@系列@@@@。每季度@@@@，会在@@@@最终测试@@时@@从@@这些@@系列@@的@@存货中@@抽样@@，然后@@@@提交@@进行审核测试@@@@。通过@@对@@每个@@产品@@进行实时@@极端压力@@@@测试@@@@，可能@@会发现一些可以@@通过@@@@过程控制检测到@@的@@工艺@@异常@@。典型@@@@的@@@@可靠@@性审核测试@@包括@@高@@温@@反向@@偏置@@@@@@、高@@温@@栅极@@偏置@@@@、间歇性工作寿命@@、温度@@@@循环@@和@@高@@压锅@@测试@@@@。为@@了@@发现任何隐藏的@@故障模式@@@@，可靠@@性测试@@@@被设计@@成超出@@常规质量和@@可靠@@性测试@@@@的@@测试@@@@条件@@@@@@@@。

检测到@@的@@故障会被发送到@@产品@@分@@析实验室进行实时@@评估@@。这个@@高@@度@@专业化的@@实验室配备了@@多种分@@析能@@力@@@@，包括@@电气特性@@@@、湿化学和@@等离子体技术@@@@、冶金横截面@@、扫描电子@@显微镜@@、色散@@ X 射线@@、俄歇光谱和@@微观@@/宏观拍摄@@。总@@之@@，这些@@能@@力@@允许对@@故障机制进行迅速和@@准确的@@分@@析@@@@，确保@@评估的@@结@@果可以@@转化为@@纠正措施并引导到@@适当@@的@@责任领域@@。

安森美@@可靠@@性审核程序@@提供@@了@@一种强@@大@@的@@方法@@@@，可以@@发现@@ IGBT 产品@@线中@@潜在@@的@@工艺@@异常迹象@@。正是@@这种对@@可靠@@性审核的@@严格和@@持续关注@@@@，为@@实现客户满意度@@提供@@了@@良好@@保证@@。

IGBT 可靠@@性审核程序@@

可靠@@性要点@@

半导体用户最关心的@@是@@器件@@性能@@@@与@@时@@间@@的@@关系@@。确定特定器件@@的@@@@适用性后@@@@，该@@器件@@的@@@@有@@效性取决于它可以@@提供@@无故障服务的@@时@@间@@长度@@@@。器件@@的@@@@可靠@@性体现了@@它将@@为@@客户提供@@多好@@的@@服务@@。可靠@@性可以@@重新定义为@@在@@给定制造@@商的@@规格下@@，在@@给定时@@间@@段内@@无故障性能@@@@的@@概率@@。一般情况下@@@@，半导体的@@故障率在@@长时@@间@@内@@会显示@@出@@所谓的@@@@“浴盆曲线@@@@”。

图@@3.半导体故障率@@

可靠@@性力@@学分@@析@@

由@@于@@可靠@@性评估通常@@仅涉及总@@体器件@@中@@的@@@@部@@分@@@@样本@@，因此@@中@@心极限定理的@@概念适用@@，并且@@@@可以@@通过@@@@以@@下@@公式@@@@使@@用@@@@ λ2 分@@布来计算@@故障率@@：

置信限度@@是@@计算@@中@@所需的@@@@保守程度@@@@。中@@心极限定理指出@@@@，大@@规模总@@体中@@的@@@@任何单位样本的@@值@@@@都@@将@@产生正态分@@布@@。50%的@@置信限度@@称为@@最佳估计值@@@@，是@@此分@@布的@@平均@@值@@@@。90% 的@@置信限度@@是@@一个@@@@非常保守的@@值@@@@@@，它会导致更高@@的@@@@ λ，表@@示@@ 90% 的@@分@@布区域位于该@@值@@左侧@@的@@点@@。

(2r + 2) 称为@@自由@@度@@@@，以@@适合@@于@@ λ2 表@@格的@@形式@@来表@@示@@不合格品的@@数量@@。不合格品的@@数量是@@一个@@@@关键因素@@，因为@@@@不合格品的@@定义通常@@因制造@@商而@@异@@@@。由@@于@@随着@@样本量和@@测试@@时@@间@@的@@减少@@@@，测试@@不能@@代表@@整个@@总@@体的@@可能@@性越来越大@@@@，因此@@即@@使@@@@真正的@@长期故障率可能@@非常低@@@@，λ2 计算@@也@@会在@@@@短@@时@@间@@测试@@期间产生出@@奇高@@的@@@@ λ 值@@。为@@此@@，必须收集相对@@@@大@@量的@@数据来证明真实的@@长期故障率@@。由@@于@@这需要对@@数以@@千计的@@器件@@进行多年@@@@测试@@@@，因此@@开发了@@加速@@测试@@方法@@@@。

图@@ 4.置信限度@@和@@样本故障率的@@分@@布@@

多年@@@@的@@半导体器件@@测试@@表@@明@@@@，温度@@@@会加速@@故障的@@出@@现@@，并且@@@@这种行为@@@@符合@@ Arrhenius 公式@@@@的@@形式@@@@：

其@@中@@@@：

R(t) = 反应速率@@随时@@间@@和@@温度@@@@的@@变化@@

Ro = 常数@@

t = 时@@间@@

T = 绝对@@温度@@@@@@，开尔文@@ (°C + 273°)= 活化能@@@@，电子@@伏特@@ (ev)

K = 波尔兹曼常数@@@@ = 8.62 × 10−5 ev/°K

这个@@公式@@@@也@@可以@@写成以@@下@@形式@@@@：

AF = 加速@@因子@@

T2 = 用户温度@@@@@@

T1 = 实际测试@@温度@@@@@@@@

Arrhenius 公式@@@@指出@@反应速率@@随温度@@@@呈指数增加@@@@。当@@在@@对@@数线性纸上@@绘制时@@@@，这会产生一条直@@线@@，其@@斜率在@@物理上@@被解释为@@特定反应或@@故障机制的@@能@@量@@阈值@@@@。

可靠@@性认证@@/评估大@@纲@@

安森美@@可靠@@性和@@质量保证工程的@@部@@分@@@@职能@@是@@评估@@新产品@@的@@引入@@、工艺@@变化@@（无论是@@@@小变化还是@@@@大@@变化@@）和@@产品@@线更新@@，以@@验证完整性@@、可靠@@性和@@一致性@@，从@@而@@@@确保@@在@@@@实际应用@@中@@@@@@能@@发挥出@@令人满意的@@性能@@@@@@。可靠@@性评估可能@@需要进行一系列@@广泛的@@可靠@@性测试@@@@@@，例@@如@@@@“已执行的@@测试@@@@@@”部@@分@@@@中@@概述的@@测试@@@@@@，或@@根据认证要求进行的@@特殊测试@@@@。

本文转载自@@：安森美@@

门极驱动@@@@@@正压对@@功率@@半导体@@性能@@@@的@@影响@@@@

judy — Thu, 25 Jan 2024 03:17:24 +0000

作者@@：郑姿清@@，李想@@，来源@@@@：英@@飞@@凌@@@@工业@@半导体@@

引言@@

对@@于@@半导体功率@@器件@@@@来说@@@@，门极电压@@的@@取值@@对@@器件@@特性@@影响很大@@@@。以@@前@@曾经聊过门极负压对@@器件@@开关特性@@@@的@@影响@@@@，而@@今天@@我们来一起看看门极正电压@@对@@器件@@的@@@@影响@@@@。文章将@@会从@@导通@@损耗@@@@@@，开关损耗@@@@和@@短@@路@@@@性能@@@@来分@@别讨论@@。

对@@导通@@损耗@@@@的@@影响@@@@

无论是@@@@MOSFET还是@@@@IGBT，都@@是@@@@受门极控制的@@器件@@@@。在@@相同@@电流@@的@@条件@@下@@@@@@，一般门极电压@@用得越高@@@@，导通@@损耗@@@@越小@@。因为@@@@门极电压@@越高@@@@意味着@@沟道@@反型@@层强@@度@@越强@@@@，由@@门极电压@@而@@产生的@@沟道@@阻抗越小@@，流过@@相同@@电流@@的@@压降就越低@@@@。不过@@器件@@导通@@损耗@@@@除@@了@@@@受这个@@门极沟道@@影响外@@@@，还和@@芯片@@的@@厚度@@有@@很大@@的@@关系@@，一般越薄的@@导通@@@@损耗@@@@越小@@@@，所以@@@@同等芯片@@面积下宽禁带的@@器件@@导通@@损耗@@@@要小得多@@@@。而@@相同@@材料下耐压@@越高@@的@@器件@@就会越厚@@，导通@@损耗@@@@就会变大@@@@。这种由@@芯片@@厚度@@引起的@@导通@@@@损耗@@@@不受门极电压@@影响@@，所以@@@@器件@@耐压@@越高@@@@，门极电压@@即@@使@@@@进一步增大@@对@@导通@@损耗@@@@贡献是@@有@@限的@@@@。

我们从@@器件@@的@@@@规格书中@@@@@@很容易得到@@这个@@结@@论@@@@，如@@图@@@@1的@@a、b分@@别是@@一个@@@@@@IGBT器件@@IKW40N120CS7的@@输出@@特性@@@@曲线@@@@@@。在@@相同@@的@@@@IC电流@@下@@，门极电压@@越高@@@@，对@@应的@@@@输出@@线越陡@@，VCE饱和@@压降越小@@。但@@是@@@@门极电压@@大@@于@@15V后@@，即@@使@@@@门极电压@@再升高@@@@，VCE饱和@@压降变小得不多了@@@@。所以@@@@IGBT选用@@15V驱动@@@@是@@一个@@@@不错的@@选择@@。

对@@开关损耗@@@@的@@影响@@@@

另外@@@@，门极的@@正压对@@降低@@@@开关损耗@@@@也@@是@@有@@帮助的@@@@。因为@@@@开通@@的@@过程相当@@于一个@@@@对@@门极电容充电的@@过程@@，初始电压@@越大@@@@，充电越快@@@@，一般来说@@@@开通@@损耗@@越小@@。而@@关断@@损耗@@@@则受门极负压影响@@，几乎不受门极正电压@@影响@@。我们利用了@@双脉冲@@平台@@进行开关波形@@的@@测试@@@@@@。图@@4是@@SiC MOSFET的@@开关损耗@@@@在@@不同门极电压@@和@@不同@@IC电流@@下@@的@@表@@现@@。图@@5是@@IGBT的@@开通@@损耗@@@@。而@@由@@于@@@@SiC MOSFET的@@开关损耗@@@@绝对@@值@@比@@@@IGBT要小得多@@，所以@@@@从@@开关损耗@@@@降低@@@@的@@比@@例@@来看@@，SiC MOSFET效果更明显@@。

对@@短@@路@@@@时@@间@@的@@影响@@@@

凡事有@@得有@@失@@，虽然@@门极电压@@高@@对@@导通@@损耗@@@@和@@开通@@损耗@@都@@好@@@@，但@@是@@@@会牺牲短@@路@@@@性能@@@@@@。下式@@为@@@@MOSFET短@@路@@@@电流@@的@@理论公式@@@@@@，IGBT短@@路@@@@行为@@@@与@@@@MOSFET类似@@。式@@中@@@@μn为@@电子@@的@@迁移速率@@@@，Cox为@@单位面积栅氧化层电容@@，W/L为@@氧化层宽长比@@@@，Vgs为@@驱动@@@@正电压@@@@，Vth为@@门极阈值@@电压@@@@@@。从@@式@@中@@@@可以@@看出@@@@@@，门极正电压@@越大@@@@，电流@@会明显上@@升@@。

比@@如@@@@IGBT在@@门极电压@@@@15V下有@@@@10μs的@@短@@路@@@@能@@力@@@@@@，但@@在@@门极@@16V时@@，短@@路@@@@能@@力@@@@会下降到@@@@7μs不到@@@@，如@@图@@@@6。对@@SiC MOSFET而@@言@@，相同@@电流@@的@@芯片@@面积小@@得多@@，且@@可能@@工作在@@更高@@的@@母线电压@@@@导致短@@路@@@@瞬态能@@量更大@@@@，如@@果@@门极电压@@超过@@@@15V，甚至@@会失去短@@路@@@@耐受能@@力@@@@@@。

结@@论@@

无论对@@@@IGBT还是@@@@SiC MOSFET来说@@，使@@用@@的@@门极正电压@@越高@@@@，导通@@损耗@@@@和@@开通@@损耗@@都@@会降低@@@@@@，对@@整体开关效率@@有@@利@@。但@@是@@@@会影响器件@@的@@@@短@@路@@@@耐受能@@力@@@@@@。如@@果@@在@@使@@用@@@@SiC MOSFET时@@不需要短@@路@@@@能@@力@@@@的@@话@@，建议适当@@提高@@@@门极的@@正电压@@@@。

SiC MOSFET的@@导通@@@@损耗@@@@表@@现相类似@@@@，如@@图@@@@2所示@@为@@@@IMW120R030M1H的@@输出@@特性@@@@。相比@@@@于图@@@@1的@@横坐标@@@@，图@@2的@@电压@@跨度@@更大@@@@，也@@就是@@说@@SiC MOSFET适合@@门极电压@@更高@@@@（比@@如@@@@18V），导通@@损耗@@@@更小@@@@，获益更大@@@@。但@@是@@@@考虑门极氧化层的@@可靠@@性@@，使@@用@@电压@@一般不会超过@@@@20V，英@@飞@@凌@@@@1200V的@@SiC MOSFET建议使@@用@@电压@@为@@@@@@18V。

综合以@@上@@@@两者特性@@来说@@@@，1200V的@@IGBT一般在@@@@15V以@@后@@@@，变化不明显@@，而@@1200V的@@SiC MOSFET则变化大@@@@，如@@图@@@@3。这主要是@@因为@@@@对@@于@@@@1200V等级的@@@@SiC MOSFET来说@@，沟道@@电阻@@所占比@@重较@@大@@@@，而@@减小@@沟道@@电阻@@的@@有@@效手段就是@@提高@@@@门极电压@@@@。

IGBT如@@何进行可靠@@性测试@@@@@@@@？

judy — Wed, 17 Jan 2024 06:29:27 +0000

在@@当@@今的@@半导体市场@@@@，公司@@成功的@@两个@@重要因素是@@产品@@质量和@@可靠@@性@@。而@@这两者是@@相互关联的@@@@@@，可靠@@性体现为@@在@@产品@@预期寿命内@@的@@@@长期质量表@@现@@。任何制造@@商要想维续经营@@，必须确保@@产品@@达到@@@@或@@超过@@基@@本的@@质量标@@准@@@@和@@可靠@@性标@@准@@@@。安森美@@ (onsemi) 作为@@@@一家半导体供应商@@@@，为@@高@@要求的@@应用@@提供@@能@@在@@恶劣环境下运行@@@@的@@产品@@@@，且@@这些@@产品@@达到@@@@了@@高@@品质和@@高@@可靠@@性@@。

人们认识到@@@@，为@@实现有@@保证的@@质量性能@@@@@@，最佳方式@@是@@摒弃以@@前@@的@@@@“通过@@测试@@确保@@质量@@”方法@@，转而@@拥抱新的@@@@@@“通过@@设计@@确保@@质量@@”理念@@。在@@安森美@@@@，我们使@@用@@双重方法@@来达到@@@@最终的@@质量和@@可靠@@性水平@@。首先@@，我们开发并实施一套本质上@@可靠@@的@@流程@@。然后@@@@，我们从@@开始到@@结@@束的@@每一步都@@一丝不苟地遵守流程规范@@。制定和@@实施相关@@的@@检查和@@程序@@，以@@发现潜在@@的@@隐藏故障模式@@@@。正是@@这种对@@长期可靠@@性的@@执着@@，最终铸就出@@@@“理想产品@@@@”。

安森美@@通过@@制定保证质量和@@可靠@@性的@@四步计划@@，达到@@@@理想的@@@@IGBT产品@@可靠@@性@@：
1. 严格的@@过程控制和@@检查@@
2. 彻底评估设计@@和@@材料@@
3. 过程平均@@测试@@@@，包括@@ 100% QA冗余测试@@@@
4. 通过@@审核和@@可靠@@性研究进行持续的@@可靠@@性验证@@

这些@@质量和@@可靠@@性程序@@，再加上@@@@严格的@@进货检验和@@出@@货质量控制检验@@，使@@得@@产品@@从@@硅原料到@@交@@付服务的@@整个@@过程中@@都@@保证了@@质量@@。

可靠@@性测试@@@@

安森美@@IGBT经过一系列@@广泛的@@可靠@@性测试@@@@以@@验证一致性@@。这些@@测试@@旨在@@加速@@实际应用@@中@@@@遇到@@的@@故障机制@@，从@@而@@@@确保@@在@@@@“真实世界@@”应用@@中@@@@获得令人满意的@@可靠@@性能@@@@@@。

下面介绍安森美@@的@@@@IGBT常规进行的@@可靠@@性测试@@@@@@。

高@@温@@反向@@偏置@@@@ (HTRB)
HTRB测试@@旨在@@检查器件@@在@@高@@温@@下@@主阻断结@@处于@@“反向@@偏置@@”条件@@下@@的@@稳定性@@，作为@@@@时@@间@@的@@函数@@@@。

对@@于@@在@@结@@上@@施加的@@给定温度@@@@和@@电压@@@@，一段时@@间@@内@@的@@@@稳定性和@@漏电流@@可指出@@结@@表@@面的@@稳定性@@。因此@@，它是@@器件@@质量和@@可靠@@性的@@良好@@指标@@@@。

对@@于@@IGBT，电压@@施加在@@集电极@@和@@发射极@@之间@@@@，栅极@@与@@@@发射极@@短@@接@@。ICES、V(BR)CES、IGES、VGE(th) 和@@ VCE(on)是@@被监测的@@直@@流参数@@。当@@漏电流@@达到@@@@如@@此高@@的@@水平@@以@@至@@于功率@@耗散导致器件@@进入热@@失控时@@@@，就会发生故障@@。如@@果@@是@@稳定的@@器件@@@@，漏电流@@应保持相对@@@@恒定@@，在@@测试@@期间只会略有@@增加@@@@。

典型@@@@条件@@@@：
V_CE = 最大@@@@额定@@值@@@@的@@@@ 80−100%
V_GE = 0 V（短@@路@@@@）
T_A=150°C或@@Tj最大@@@@值@@@@
持续时@@间@@@@：1,000小时@@@@以@@满足@@认证要求@@

高@@温@@栅极@@偏置@@@@ (HTGB)
HTGB测试@@的@@目的@@是@@在@@@@高@@温@@下@@以@@最大@@@@额定@@直@@流偏置电压@@对@@栅极@@氧化物施加电应力@@@@@@。该@@测试@@旨在@@检测由@@随机氧化物缺陷和@@离子氧化物污染引起的@@漂移@@。

对@@于@@IGBT，电压@@施加在@@栅极@@和@@发射极@@之间@@@@，集电极@@与@@发射极@@短@@接@@。IGES、VGE(th)和@@VCE(on)是@@被监测的@@直@@流参数@@。任何氧化物缺陷都@@会导致早期器件@@故障@@。

典型@@@@条件@@@@：
V_GE=±20V或@@100%额定@@ V_GE
V_CE=0（短@@路@@@@）
T_J=150°C或@@T_J最大@@@@值@@@@
持续时@@间@@@@：1,000小时@@@@以@@满足@@认证要求@@

高@@温@@储@@存寿命@@ (HTSL) 测试@@
HTSL测试@@旨在@@确定器件@@的@@@@稳定性@@、承受高@@温@@的@@潜力@@以@@及封装@@的@@@@内@@部@@制造@@完整性@@。尽管@@器件@@在@@现场不会暴露在@@如@@此极端的@@高@@温@@下@@，但@@该@@测试@@的@@目的@@是@@加速@@在@@长期储@@存温度@@@@下可能@@发生的@@任何故障机制@@。

测试@@是@@通过@@将@@器件@@放在@@网@@篮中@@进行的@@@@，然后@@@@将@@其@@放置在@@受控环境温度@@@@下的@@@@高@@温@@室中@@@@，作为@@@@时@@间@@的@@函数@@@@。

典型@@@@条件@@@@：
T_A=150°C（塑料封装@@上@@的@@温度@@@@@@）
持续时@@间@@@@：1,000 小时@@@@以@@满足@@认证要求@@

高@@湿高@@温@@反向@@偏置@@@@@@ (H³TRB)
H³TRB测试@@旨在@@确定零部@@件和@@组成材料对@@高@@温@@@@/高@@湿环境中@@长期运行@@的@@综合劣化影响的@@抵抗力@@@@。该@@测试@@仅适用于@@非密封器件@@@@。

湿度@@一直@@是@@半导体的@@传统影响因素@@，尤其@@是@@对@@@@于@@塑料封装@@器件@@@@。大@@多数与@@湿气相关@@的@@退化直@@接或@@间接地由@@湿气渗透通过@@钝化@@材料和@@表@@面腐蚀引起@@。在@@安森美@@@@，通过@@使@@用@@@@结@@@@“钝化@@”工艺@@、芯片@@涂层和@@适当@@选择封装@@材料@@，成功地解决和@@控制了@@这个@@问@@题@@。

典型@@@@条件@@@@：
V_CE=最大@@@@额定@@值@@@@的@@@@80−100%
V_GE=0（短@@路@@@@）
T_A=85°C
R_H=85%
持续时@@间@@@@：1,000 小时@@@@以@@满足@@认证要求@@

典型@@@@条件@@@@：
V_GE≥10V
△T_J=100°C
R_θJC=取决于器件@@@@
T_on,T_off≥30秒@@
持续时@@间@@@@：10,000−15,000次循环以@@满足@@认证要求@@

无偏高@@加速@@压力@@@@测试@@@@@@ (UHAST)
UHAST旨在@@通过@@使@@器件@@承受高@@蒸汽压力@@@@来确定器件@@的@@@@防潮性@@。该@@测试@@仅在@@塑料@@/环氧树脂封装@@器件@@上@@执行@@@@，而@@不在@@气密封装@@@@（即@@金属罐器件@@@@）上@@执行@@。在@@测试@@室内@@@@，设有@@一个@@@@托盘@@，将@@器件@@放置在@@离去离子水表@@面大@@约两英@@寸的@@高@@度@@@@，以@@防止冷凝水在@@器件@@上@@聚集@@。在@@达到@@@@适当@@的@@温度@@@@和@@大@@气压力@@@@后@@@@，这些@@测试@@条件@@@@将@@保持至@@少@@@@24小时@@@@。然后@@@@取出@@器件@@并风干@@。通常@@监测的@@参数是@@漏电流@@和@@电压@@@@。

典型@@@@条件@@@@：
T_A=131°C
P=14.7 psi
RH=100%
持续时@@间@@@@：72小时@@@@以@@满足@@认证要求@@

间歇性工作寿命@@ (IOL)
IOL测试@@的@@目的@@是@@通过@@开启@@（器件@@由@@于@@功率@@耗散而@@被加热@@@@）和@@关闭@@@@（器件@@由@@于@@去除@@施加的@@功率@@@@而@@被散热@@@@），以@@模拟@@@@“现实世界@@”环境中@@通常@@遇到@@的@@操作模式@@@@，从@@而@@@@确定芯片@@和@@@@@@/或@@封装@@组件的@@完整性@@。

直@@流电源@@被施加到@@器件@@@@，直@@到@@达到@@@@所需的@@@@功能@@@@温度@@@@@@。然后@@@@关闭@@电源@@@@，并施加强@@制风冷@@，直@@到@@结@@温@@降至@@环境温度@@@@@@。

该@@序列重复指定的@@循环次数@@。小心保持温度@@@@偏移@@，以@@确保@@结@@果的@@可重复@@性@@。
间歇性工作寿命@@测试@@用于了@@解芯片@@与@@安装表@@面之间@@以@@及芯片@@与@@引线接合@@界面之间@@的@@芯片@@接合界面的@@热@@疲劳程度@@@@。

对@@于@@ IGBT，用于监控性能@@@@的@@参数包括@@热@@阻@@、阈值@@电压@@@@、导通@@电阻@@@@、栅极@@-发射极@@漏电流@@@@和@@集电极@@@@@@-发射极@@漏电流@@@@。

当@@热@@疲劳导致热@@阻或@@导通@@电阻@@@@增加@@超过@@制造@@商数据表@@中@@规定的@@@@最大@@@@值@@@@时@@@@，就会发生故障@@。

温度@@@@循环@@ (TC)
温度@@@@循环@@测试@@的@@目的@@是@@确定器件@@对@@空气介质中@@高@@温@@和@@低@@温偏移的@@抵抗力@@以@@及在@@这些@@极端条件@@下@@循环的@@影响@@@@。

通过@@将@@器件@@交@@替放置在@@高@@温@@和@@低@@温的@@单独腔室中@@来执行测试@@@@。各腔室的@@空气温度@@@@通过@@空气循环保持均匀@@。腔室具有@@@@足够的@@热@@容量@@，以@@便在@@将@@器件@@转移到@@腔室后@@达到@@@@指定的@@环境温度@@@@@@。

每个@@周期包括@@暴露在@@一个@@@@极端温度@@@@下至@@少@@@@15分@@钟@@，然后@@@@立即@@转移到@@另一个@@@@极端温度@@@@下至@@少@@@@15分@@钟@@；这样@@就完成了@@一个@@@@循环@@。请注@@意@@，这是@@@@极端温度@@@@之间@@的@@立即@@转移@@，因此@@对@@器件@@的@@@@压力@@@@大@@于非立即@@转移@@。

典型@@@@的@@@@极端条件@@@@：
−65/+150°C

循环次数可以@@与@@预期应用@@环境的@@恶劣程度@@相关@@联@@。业界普遍认为@@@@，十个@@循环足以@@确定@@器件@@的@@@@质量@@。温度@@@@循环@@可以@@确定@@由@@于@@膨胀系数的@@差异在@@器件@@内@@部@@的@@@@材料之间@@产生的@@任何过度@@应变@@。

低@@温储@@存寿命@@ (LTSL) 测试@@
LTSL测试@@旨在@@确定器件@@的@@@@稳定性@@、承受低@@温的@@潜力@@以@@及封装@@的@@@@内@@部@@制造@@完整性@@。尽管@@器件@@在@@现场不会暴露在@@如@@此极端的@@低@@温下@@，但@@该@@测试@@的@@目的@@是@@加速@@在@@长期储@@存温度@@@@下可能@@发生的@@任何故障机制@@。

典型@@@@条件@@@@：
TA=-65°C（塑料封装@@上@@的@@温度@@@@@@）
持续时@@间@@@@：1,000小时@@@@以@@满足@@认证要求@@

测试@@是@@通过@@将@@器件@@放在@@网@@篮中@@进行的@@@@，然后@@@@将@@其@@放置在@@受控环境温度@@@@下的@@@@高@@温@@室中@@@@，作为@@@@时@@间@@的@@函数@@@@。

稳态工作寿命@@ (SSOL) 测试@@
SSOL测试@@旨在@@确定芯片@@和@@@@@@/或@@封装@@组件在@@稳态连续工作寿命条件@@下@@的@@完整性@@。

对@@于@@IGBT，用于监控性能@@@@的@@参数包括@@热@@阻@@、阈值@@电压@@@@、导通@@电阻@@@@、栅极@@-发射极@@漏电流@@@@和@@集电极@@@@@@-发射极@@漏电流@@@@。

典型@@@@条件@@@@：
V_GE≥10 V
△T_J=100°C
T_A=25°C 持续时@@间@@@@：1,000小时@@@@以@@满足@@认证要求@@

当@@热@@疲劳导致热@@阻或@@导通@@电阻@@@@增加@@超过@@制造@@商数据表@@中@@规定的@@@@最大@@@@值@@@@时@@@@，就会发生故障@@。

图@@1.IGBT晶圆制造@@@@

图@@2.装配工艺@@流程@@

环保封装@@相关@@测试@@项目@@：
A. 物理尺寸@@@@−执行此测试@@以@@确定@@是@@否符合器件@@外@@形@@图@@规格@@
B. 目视和@@机械检查@@−确定产品@@是@@否符合某些外@@观和@@功能@@@@标@@准@@@@（例@@如@@@@标@@记易读性@@、污渍等@@）的@@测试@@@@
C. 耐溶剂性@@−确定器件@@端子可焊性的@@测试@@@@@@
D. 端子强@@度@@@@−此测试@@是@@引线弯曲测试@@@@，用于检查引线强@@度@@@@

每个@@制造@@过程都@@呈现出@@质量和@@可靠@@性的@@分@@布情况@@。必须控制这种分@@布@@，以@@确保@@高@@平均@@值@@@@、窄范围和@@一致的@@分@@布形态@@。这可以@@通过@@@@适当@@的@@设计@@和@@过程控制来实现@@，从@@而@@@@减少@@使@@用@@筛选程序来消除@@分@@布形态的@@下尾部@@分@@@@的@@需要@@。

加速@@压力@@@@测试@@@@
本报告@@中@@的@@@@某些测试@@远远超过@@了@@器件@@在@@正常操作条件@@下@@所遇到@@的@@情况@@。因此@@，测试@@条件@@@@“加速@@”了@@所涉及的@@故障机制@@，并允许安森美@@能@@够在@@比@@其@@他方式@@更短@@的@@时@@间@@内@@预测@@故障率@@。与@@温度@@@@相关@@的@@失效模式@@由@@@@Arrhenius模型@@表@@征@@。

AF=加速@@因子@@
EA=活化能@@@@ (eV)
K=波尔兹曼常数@@@@ (8.62×10E−5eV/K)
T2=工作温度@@@@@@，K
T1=测试@@温度@@@@@@，K

因此@@，等效的@@器件@@小时@@@@数等于加速@@因子@@@@（由@@Arrhenius模型@@确定@@）乘以@@实际器件@@小时@@@@数@@。

数据审查@@
高@@温@@反向@@偏置@@@@ (HTRB) 用于确定漏电流@@的@@稳定性@@，这与@@@@IGBT的@@场畸变有@@关@@@@。HTRB 通过@@高@@温@@反向@@偏置@@@@测试@@来增强@@故障机制@@，因此@@是@@器件@@质量和@@可靠@@性的@@良好@@指标@@@@，也@@可以@@验证过程控制的@@有@@效性@@。

高@@温@@栅极@@偏置@@@@ (HTGB) 旨在@@检查器件@@在@@经加速@@的@@高@@温@@下的@@@@@@“栅极@@偏置@@”正向@@条件@@下@@随时@@间@@变化的@@稳定性@@。执行此测试@@以@@对@@栅极@@氧化物施加电应力@@@@@@，以@@检测由@@随机氧化物缺陷引起的@@漂移@@。这种失效机制以@@非常低@@的@@缺陷率出@@现在@@@@可靠@@性@@“浴盆曲线@@@@”的@@早期和@@随机期@@。

间歇性工作寿命@@ (IOL) 是@@一种出@@色的@@加速@@应力@@测试@@@@，用于确定芯片@@和@@@@@@/或@@封装@@组件在@@循环开启@@（器件@@因功率@@耗散而@@被加热@@@@）和@@循环关闭@@@@（器件@@因断电而@@被散热@@@@）时@@的@@@@完整性@@。这个@@测试@@可能@@是@@所有@@@@测试@@中@@最重要的@@一个@@@@@@，它模拟@@了@@@@“真实世界@@”环境中@@通常@@经历的@@情况@@。IOL 会测试@@芯片@@接合@@、引线接合@@、导通@@器件@@@@、关断@@器件@@@@、关联器件@@性能@@@@并验证所有@@@@材料的@@@@热@@膨胀是@@否兼容@@。安森美@@执行广泛的@@@@ IOL 测试@@作为@@@@持续的@@过程控制监测@@，该@@测试@@与@@整个@@@@“器件@@系统@@@@**”相关@@。安森美@@还对@@@@ Δ 函数温度@@@@进行广泛的@@分@@析@@和@@比@@较@@@@@@。安森美@@已经确定@@，为@@了@@有@@效地对@@器件@@施加压力@@@@@@，Δ TJ为@@100°C是@@必要的@@@@，这远远超出@@了@@许多@@客户应用@@的@@要求@@@@，并决定@@了@@该@@器件@@的@@@@可靠@@性建模@@。

温度@@@@循环@@ (TC) 也@@是@@一项出@@色的@@压力@@@@测试@@@@，用于确定器件@@在@@空气介质中@@对@@高@@温@@和@@低@@温偏移的@@抵抗力@@@@。IOL 从@@内@@部@@对@@@@“器件@@系统@@@@”施加电应力@@@@，而@@温度@@@@循环@@从@@外@@部@@环境条件@@对@@@@“器件@@系统@@@@”施加热@@应力@@@@。

高@@温@@储@@存寿命@@ (HTSL)、高@@湿温度@@@@反向@@偏置@@@@ (H3TRB)、热@@冲击@@ (TC) 和@@“压力@@@@锅@@”（高@@压锅@@）都@@是@@@@常规测试@@@@，而@@安森美@@可靠@@性工程认为@@@@HTRB、HTGB、IOL和@@TC是@@最重要的@@测试@@@@@@。安森美@@已在@@半导体行业发展多年@@@@@@，并将@@凭借@@持续的@@可靠@@性@@、质量和@@客户关系继续立足发展@@。

本文转载自@@：安森美@@

全新@@4.5kV XHP™ 3 IGBT模块@@让驱动@@@@器@@实现尺寸@@小型@@化和@@效率@@最大@@@@化@@

judy — Fri, 05 Jan 2024 02:24:35 +0000

许多@@应用@@都@@出@@现了@@采用@@更小@@@@IGBT模块@@，将@@复杂设计@@转移给产业链上@@游的@@明显趋势@@。为@@了@@顺应小型@@化和@@集成化的@@全球趋势@@，英@@飞@@凌@@@@科技股份公司@@@@（FSE代码@@：IFX/OTCQX代码@@：IFNNY）推出@@了@@@@4.5kV XHP™ 3 IGBT模块@@，用于改变@@目前@@采用@@两电平@@和@@三电平@@@@拓扑@@结@@构@@@@@@、使@@用@@2000V至@@3300V交@@流电压@@的@@中@@压变频@@器@@@@（MVD）与@@交@@通运输的@@应用@@市场@@@@。这款新半导体器件@@将@@给诸多应用@@带来裨益@@，包括@@大@@型@@传送带@@、泵@@、高@@速列车@@、机车以@@及商用@@、工程和@@农用车辆@@（CAV）。

XHP™ 3 IGBT

XHP™系列@@包括@@一款带有@@一个@@@@发射极@@控制续流二极管@@@@和@@@@TRENCHSTOP™ IGBT4 450A半桥@@IGBT模块@@，以@@及一款带有@@发射极@@控制@@E4二极管@@的@@@@450A二极管@@半桥@@模块@@@@@@。这两个@@模块@@的@@绝缘电压@@均提高@@@@至@@@@10.4kV。这对@@组合有@@助于在@@不降低@@@@效率@@的@@情况下@@@@简化并联并且@@@@缩小@@尺寸@@@@。以@@前@@，并联模块@@需要复杂的@@母线@@，令设计@@工作变得复杂且@@会增加@@电感@@。XHP™系列@@采用@@了@@创新的@@@@设计@@@@，通过@@将@@模块@@并排放置简化了@@并联设计@@@@，这也@@使@@得@@模块@@在@@@@并联时@@@@只需要一个@@@@直@@流母线即@@可实现@@。

4.5kV XHP™系列@@还使@@得@@开发人员在@@设计@@过程中@@能@@够减少@@元器件@@的@@@@使@@用@@数量@@。传统的@@@@IGBT解决三电平@@@@方案需要多个@@单@@IGBT开关和@@@@一个@@@@半桥@@二极管@@@@，而@@使@@用@@新器件@@的@@@@设计@@只需要两个@@半桥@@开关和@@@@一个@@@@更小@@的@@半桥@@二极管@@@@，这对@@驱动@@@@的@@集成化是@@一个@@@@重大@@的@@进步@@。

FF450R45T3E4_B5双开关与@@@@DD450S45T3E4_B5双二极管@@的@@@@组合可显著节省成本并缩小@@占板@@面积@@。例@@如@@@@，英@@飞@@凌@@@@过去的@@@@IGBT解决方案需要四个@@@@140x190mm²或@@140x130mm² IGBT模块@@以@@及一个@@@@@@140x130mm²双二极管@@模块@@@@。而@@全新@@的@@@@@@XHP系列@@产品@@能@@够将@@所需的@@@@模块@@数量减少@@至@@两个@@@@140x100mm²IGBT双开关和@@@@一个@@@@更小@@的@@@@140x100mm²双二极管@@模块@@@@。

供货情况@@

两种@@型@@号的@@@@IGBT模块@@FF450R45T3E4_B5和@@DD450S45T3E4_B5现已上@@市@@。了@@解更多信息@@

关于@@IGBT安全工作区@@ 你需要了@@解这两个@@关键@@

judy — Thu, 14 Dec 2023 02:11:23 +0000

问@@：IGBT 的@@安全工作区@@@@

在@@ IGBT 的@@规格书中@@@@@@，可能@@会看到@@安全工作区@@@@（SOA, Safe Operating Area），例@@如@@@@ ROHM 的@@ RGS30TSX2DHR 如@@下@@图@@@@所示@@@@。这个@@安全工作区@@是@@指什么@@？

图@@1. Rohm 的@@RGS30TSX2DHR 安全工作区@@ （图@@片来源@@@@@@ROHM）

IGBT 的@@安全工作区@@@@（SOA）是@@使@@@@IGBT在@@不发生自损坏或@@性能@@@@沒有@@下降的@@情况下@@@@的@@工作电流@@和@@电压@@条件@@@@。实际上@@@@，不仅需要在@@安全工作区@@内@@使@@用@@@@IGBT，还需对@@其@@所在@@区域实施温度@@@@降额@@。安全工作区@@分@@为@@正@@向@@偏置安全工作区@@@@@@（FBSOA, Forward Bias Safe Operating Area）和@@反向@@偏置@@安全工作区@@@@@@（RBSOA, Reverse Bias Safe Operating Area）。

正向@@偏置安全工作区@@@@

正向@@偏置安全工作区@@@@定义了@@@@IGBT导通@@期间的@@可用电流@@和@@电压@@条件@@@@。

图@@2. RGS30TSX2DHR 的@@正向@@偏置安全工作区@@@@@@ （图@@片来源@@@@@@ROHM）

上@@图@@是@@@@RGS30TSX2DHR 的@@正向@@偏置安全工作区@@@@@@，可以@@根据具体情况分@@为@@@@4个@@领域@@，如@@下@@所述@@:
① 受集电极@@@@最大@@@@额定@@电流@@@@限制的@@区域@@
② 受集电极@@@@耗散限制的@@区域@@
③ 受二次击穿限制的@@区域@@ (该@@区域会因器件@@设计@@而@@有@@所不同@@)
④ 受集电极@@@@-发射极@@最大@@@@额定@@电压@@限制的@@区域@@

反向@@偏置@@安全工作区@@@@

反向@@偏置@@安全工作区@@@@定义了@@@@IGBT关断@@期间的@@可用电流@@和@@电压@@条件@@@@。

图@@3. RGS30TSX2DHR 的@@反向@@偏置@@@@安全工作区@@@@@@ （图@@片来源@@@@@@ROHM）

上@@图@@是@@@@ RGS30TSX2DHR的@@反向@@偏置@@@@安全工作区@@@@@@可以@@简单分@@为@@@@@@2个@@有@@限区域@@，如@@下@@所述@@:

1. 受集电极@@@@最大@@@@额定@@电流@@@@值@@限制的@@区域@@
2. 受集电极@@@@-发射极@@最大@@@@额定@@电压@@限制的@@区域@@。

请注@@意@@，当@@设计@@的@@@@ V_CE－I_C 工作轨迹偏离产品@@本身安全工作区@@时@@@@，产品@@可能@@会发生出@@现意外@@故障@@。因此@@，在@@设计@@电路@@@@时@@@@，在@@确定与@@击穿容限相关@@的@@具体特性@@和@@电路@@@@常数@@时@@@@，必须密切注@@意耗散和@@其@@他性能@@@@问@@题@@。例@@如@@@@，反向@@偏置@@安全工作区@@@@具有@@@@温度@@@@特性@@@@（在@@高@@温@@下@@劣化@@），V_CE－I_C 的@@工作轨迹根据栅极@@电阻@@@@ R_g 和@@栅极@@电压@@@@ V_GE 而@@变化@@。

因此@@，有@@必要在@@了@@解工作环境和@@关断@@@@时@@的@@@@最小@@栅极@@电阻@@值@@@@后@@@@，才进行@@ R_g 和@@ V_GE 设计@@。

本文转载自@@：得捷电子@@@@DigiKey

Power Integrations推出@@具有@@@@快@@速短@@路@@@@保护@@功能@@@@且@@适配@@62mm SiC和@@IGBT模块@@的@@门极驱动@@@@@@器@@@@

judy — Wed, 13 Dec 2023 09:22:41 +0000

PI近日@@推出@@全新@@系列@@的@@即@@插即@@用型@@门极驱动@@@@@@器@@@@，新驱动@@@@器@@适配额定@@耐压@@在@@@@1700V以@@内@@的@@@@@@62mm碳化硅@@(SiC) MOSFET模块@@和@@硅@@IGBT模块@@，具有@@@@增强@@的@@保护功能@@@@@@，可确保@@安全可靠@@的@@工作@@。SCALE™-2 2SP0230T2x0双通道@@门极驱动@@@@@@器@@可在@@不到@@@@@@2微秒@@的@@时@@间@@内@@部@@署短@@路@@@@保护@@功能@@@@@@，保护紧凑型@@@@SiC MOSFET免受过电流@@的@@损坏@@。新驱动@@@@器@@还具有@@@@高@@级有@@源@@@@钳位@@(AAC)功能@@@@，可保护开关在@@关断@@期间免受过压@@影响@@，从@@而@@@@实现更高@@的@@直@@流母线@@工作电压@@@@。

Power Integrations产品@@营销经理@@Thorsten Schmidt表@@示@@：

“2SP0230T2x0门极驱动@@@@@@器@@具有@@@@非常高@@的@@设计@@灵活性@@；相同@@的@@硬件可用于@@驱动@@@@@@SiC MOSFET或@@IGBT模块@@。这减少@@了@@系统@@设计@@和@@采购方面的@@挑战@@，即@@插即@@用的@@方法@@也@@加快@@了@@开发速度@@@@。”

2SP0230T2x0门极驱动@@@@@@器@@基@@于@@@@Power Integrations成熟的@@@@SCALE-2技术@@，集成度@@更高@@@@、尺寸@@更小@@@@、功能@@@@更强@@@@、系统@@可靠@@性更高@@@@，是@@轨道交@@通辅助变换器@@、电动@@汽车@@@@非车载型@@充电装置和@@电网@@静止同步补偿器@@(STATCOM)稳压器等应用@@的@@理想之选@@。Power Integrations的@@紧凑型@@@@2SP0230T2x0外@@形@@尺寸@@@@为@@@@134x62mm，可提供@@@@1700V加强@@绝缘@@，可驱动@@@@耐压@@在@@@@1700V以@@内@@的@@@@@@功率@@模块@@@@@@；这比@@通常@@限制在@@@@1200V的@@传统驱动@@@@器@@高@@出@@@@500V。

欲了@@解更多@@PI的@@方案@@，欢迎访问@@@@power.com

宏微科技@@推出@@@@1700V IGBT产品@@，广泛应用@@于高@@压变频@@@@、SVG、储@@能@@@@等领域@@@@

judy — Fri, 24 Nov 2023 02:32:36 +0000

应用@@场景介绍@@

级联型@@@@H桥拓扑@@@@结@@构@@@@简单@@，扩展灵活@@，目前@@已经在@@高@@压级联型@@@@变频@@器@@@@、静止无功发生器@@SVG和@@级联@@H桥型@@储@@能@@@@系统@@@@中@@@@获得了@@广泛应用@@@@。

在@@工业@@应用@@中@@@@@@，电机作为@@@@风机@@@@、泵@@、压缩机@@、皮带机@@、破碎机等各种@@机械设备的@@驱动@@@@装置@@，其@@耗电量巨大@@@@。采用@@级联型@@@@变频@@器@@与@@生产工艺@@相结@@合@@，可以@@显著地降低@@@@电机能@@耗@@。

储@@能@@@@系统@@@@中@@@@，高@@压级联技术@@通过@@多个@@储@@能@@@@单元构成一套大@@功率@@@@、大@@电流@@@@储@@能@@@@系统@@@@@@，省去变压器@@环节直@@接接入电网@@@@，因此@@具有@@@@较@@高@@@@的@@循环效率@@@@，减少@@土地占用@@，并且@@@@避免传统方式@@下电池模组之间@@荷@@电状态不均衡的@@问@@题@@@@，减小@@长时@@间@@运行@@后@@的@@有@@效容量衰减@@。

SVG主要应用@@于提升电网@@的@@输电容量及稳定暂态电压@@@@，也@@可实现输配电网@@@@、风电@@和@@光伏@@电站无功调压@@，矿山@@、石化@@、煤矿@@、等行业的@@功率@@@@因数控制@@、母线电压@@@@闪变抑制及补偿不平衡负荷@@@@、滤除@@负荷@@谐波电流@@@@，达到@@@@提高@@@@电能@@质量@@，节约用电的@@目的@@@@。

针对@@@@以@@上@@@@两种@@应用@@@@，宏微科技@@推出@@@@75A-450A不同电流@@等级的@@@@半桥@@模块@@@@和@@@@75A-150A的@@H桥一体化模块@@@@@@。通过@@每相采用@@单个@@或@@两个@@及以@@上@@@@@@半桥@@模块@@@@并联@@，基@@本可以@@覆盖@@3kV-10kV高@@压变频@@器@@的@@中@@小功率@@范围和@@一部@@分@@@@大@@功率@@范围@@、3kV-35kV级联储@@能@@@@系统@@@@的@@中@@等容量范围@@@@、3kV-35kV SVG的@@中@@等容量范围@@。同时@@@@针对@@@@小功率@@段的@@高@@压变频@@器@@@@，使@@用@@H桥一体化模块@@@@@@，可以@@减少@@模块@@使@@用@@数量@@，大@@幅削减链节体积@@，降低@@@@结@@构@@成本@@。

半桥@@拓扑@@@@模块@@@@

以@@MMG450WB170B6TC半桥@@模块@@@@为@@例@@@@@@@@

1. 产品@@特点@@@@
基@@于@@GWB封装@@平台@@@@
功率@@密度@@@@@@高@@@@
低@@热@@阻设计@@@@
低@@寄生电感@@
通过@@HV-H3TRB、防硫等可靠@@性试验@@

2. 参数对@@比@@@@@@

1、常高@@温@@下@@FRD压降更低@@@@，热@@阻更小@@@@；IGBT压降与@@竞品@@接近@@，但@@热@@阻更小@@@@@@，从@@而@@@@使@@得@@整体发热@@更小@@@@。

2、常高@@温@@下@@，相同@@速度@@开关损耗@@@@更小@@@@，尖峰更低@@@@，寄生电感更小@@@@。

3、150℃，VGE=15V，Vcc=1000V条件@@下@@短@@路@@@@能@@力@@@@@@≥10us。

4、通过@@HV-H3TRB和@@硫化等高@@可靠@@性试验@@

H桥一体化模块@@@@@@

以@@MMG100W170HX6TC一体化模块@@@@为@@例@@@@@@

1. 产品@@特点@@@@

基@@于@@GW封装@@平台@@@@
集成度@@高@@@@
功率@@密度@@@@@@高@@@@
内@@置@@NTC电阻@@
通过@@HV-H3TRB、防硫等可靠@@性试验@@

2. 应用@@价值@@@@

以@@往高@@压变频@@器@@应用@@为@@了@@搭建@@H桥拓扑@@@@，需要用@@2个@@“半桥@@的@@@@IGBT模块@@”和@@1个@@“整流二极管@@模块@@@@”来进行组合构建@@，总@@计使@@用@@@@3个@@功率@@模块@@@@@@。

使@@用@@宏微@@MMG100W170HX6TC一体化模块@@@@，只用@@1个@@模块@@即@@可完成@@3个@@模块@@的@@工作@@，同时@@@@还内@@置@@了@@@@NTC热@@敏电阻@@@@，以@@辅助我们在@@实际工作中@@进行温度@@@@监控@@。

与@@原先方案对@@比@@@@@@，可实现的@@功能@@@@只多不少@@@@，而@@且@@@@1个@@一体化@@ IGBT模块@@构成高@@压变频@@器@@的@@@@1个@@单元@@，使@@系统@@级联设计@@变得更容易@@。

如@@果@@运行@@条件@@完全相同@@@@，使@@用@@一体化新产品@@可以@@大@@幅削减链节体积@@@@，从@@而@@@@缩小@@整机体积@@，降低@@@@结@@构@@成本@@，优化@@电气特性@@@@。

总@@ 结@@

宏微科技@@此次推出@@的@@@@1700V一系列@@产品@@@@，不仅在@@芯片@@性能@@@@上@@进行@@了@@改进@@，还在@@封装@@形式@@上@@进行@@创新@@，有@@效地降低@@@@了@@功耗@@，提升了@@效率@@@@；还具有@@@@更出@@色的@@可靠@@性能@@@@力@@@@，HV-H3TRB、防硫化等使@@其@@在@@实际应用@@中@@@@@@表@@现更加优秀@@。

我们相信@@，1700V这一系列@@的@@@@IGBT模块@@将@@为@@工控@@、变频@@、电能@@改善等领域@@的@@应用@@带来更高@@的@@性能@@@@和@@可靠@@性@@，同时@@@@也@@将@@为@@行业发展带来更多的@@创新和@@进步@@。

来源@@@@：宏微科技@@

英@@飞@@凌@@@@推出@@面向@@高@@能@@效电源@@应用@@的@@分@@立@@式@@@@650V TRENCHSTOP™ IGBT7 H7新品@@

judy — Tue, 21 Nov 2023 01:22:11 +0000

英@@飞@@凌@@@@科技推出@@分@@立@@式@@@@650V IGBT7 H7新品@@，进一步扩展其@@@@TRENCHSTOP™ IGBT7产品@@阵容@@。全新@@器件@@配新一代发射极@@控制的@@@@EC7续流二极管@@@@，以@@满足@@对@@环保和@@高@@效@@电源@@解决方案日@@益增长的@@需求@@@@。TRENCHSTOP™ IGBT7 H7采用@@最新型@@@@微沟槽栅技术@@@@，具有@@@@出@@色的@@控制和@@性能@@@@@@，能@@够大@@幅降低@@@@损耗@@@@，提高@@@@效率@@@@和@@功率@@@@密度@@@@@@@@。因此@@，该@@半导体器件@@适合@@用于各种@@应用@@@@，如@@组串式@@逆变@@器@@@@、储@@能@@@@系统@@@@（ESS）、电动@@汽车@@@@充电应用@@以@@及如@@工业@@@@UPS和@@焊接等传统应用@@@@。

在@@分@@立@@式@@封装@@中@@@@@@，650 V TRENCHSTOP™ IGBT7 H7可输出@@高@@达@@@@150A的@@电流@@@@。该@@产品@@系列@@电流@@等级为@@@@40A至@@150A，有@@四种不同封装@@类型@@@@：TO-247-3 HCC、TO-247-4、TO-247-3 Plus和@@TO-247-4 Plus。TRENCHSTOP™ IGBT7 H7的@@TO-247-3 HCC封装@@具有@@@@较@@高@@@@的@@爬电距离@@@@。TO-247的@@4引脚@@封装@@@@（标@@准@@封装@@@@：IKZA，Plus封装@@：IKY）在@@提高@@@@性能@@@@方面表@@现出@@众@@，因为@@@@它不仅能@@降低@@@@开关损耗@@@@@@，还提供@@了@@额外@@的@@优势@@，如@@更低@@的@@电压@@过冲@@、最小@@的@@导通@@@@损耗@@@@和@@最低@@的@@反向@@恢复损耗@@@@。凭借这些@@特性@@@@，TRENCHSTOP™ IGBT7 H7简化了@@设计@@@@，最大@@@@限度@@减少@@了@@并联器件@@的@@@@需求@@@@。

此外@@@@，650 V TRENCHSTOP™ IGBT7 H7具有@@@@出@@色的@@防潮性能@@@@@@，可在@@恶劣环境中@@可靠@@运行@@@@。该@@器件@@通过@@了@@@@JEDEC 47/20/22的@@相关@@测试@@@@，特别是@@@@HV-H3TRB，符合工业@@应用@@标@@准@@@@，因此@@非常适合@@户外@@应用@@@@。IGBT专为@@满足@@环保以@@及高@@效@@能@@源@@应用@@的@@需求@@而@@设计@@@@，相较@@@@于前几代产品@@有@@显著改进@@。因此@@，TRENCHSTOP™ IGBT7 H7 是@@常用于太阳能@@@@和@@储@@能@@@@系统@@@@等中@@的@@@@@@NPC1拓扑@@的@@理想补充@@。

供货情况@@

TRENCHSTOP™ IGBT7 H7现已接受订购@@。此外@@@@还可提供@@@@通过@@认证的@@样品@@。

商业@@、建筑和@@农业车辆@@应用@@中@@@@@@TO-247PLUS分@@立@@封装@@的@@@@回流焊接@@@@

judy — Tue, 31 Oct 2023 06:47:44 +0000

作者@@：Omar Harmon, Zhenbo Zhao, Lukas Hein，来源@@@@：英@@飞@@凌@@@@工业@@半导体@@

今天@@，功率@@半导体@@为@@很多应用@@提供@@高@@功率@@密度@@@@@@的@@解决方案@@。如@@何将@@功率@@@@器件@@的@@@@发热@@充分@@散出@@去是@@解决高@@功率@@密度@@@@@@设计@@的@@关键@@。通过@@使@@用@@@@IGBT焊接在@@双面覆铜陶瓷板@@@@(DCB)上@@可以@@帮助减少@@散热@@系统@@的@@热@@阻@@@@，前提是@@需要@@IGBT单管@@封装@@@@支持@@SMD工艺@@。本文将@@展示一种可回流焊接@@的@@@@TO-247PLUS单管@@封装@@@@，该@@封装@@可将@@器件@@芯片@@到@@@@DCB基@@板@@的@@热@@阻@@降至@@最低@@@@。

1. 引言@@

商业@@、建筑和@@农业车辆@@(CAV)应用@@竞争激烈不断发展@@，要求不断提高@@@@功率@@密度@@@@@@并降低@@@@成本@@。使@@用@@单管@@方案可以@@有@@效的@@降低@@@@产品@@成本@@，同时@@@@也@@要求单管@@@@IGBT要承受重载周期中@@产生的@@热@@量@@。为@@了@@支持这样@@的@@要求@@，功率@@半导体@@应具有@@@@较@@低@@@@的@@损耗@@@@@@，并在@@标@@准@@封装@@@@中@@使@@用@@尽可能@@大@@的@@芯片@@@@，系统@@热@@阻要最低@@@@。一个@@@@可能@@的@@解决方案是@@将@@单管@@安装在@@水冷散热@@器@@上@@@@@@。为@@了@@满足@@@@绝缘要求@@，器件@@被安装或@@焊接到@@@@DCB上@@。DCB本身也@@被固定在@@水冷散热@@器@@上@@@@。为@@了@@满足@@@@较@@低@@@@的@@系统@@损耗@@和@@@@可靠@@的@@运行@@@@，本文所描述的@@器件@@采用@@了@@@@EDT2 IGBT芯片@@，具有@@@@750V的@@阻断电压@@@@，可用于@@500V的@@电池系统@@@@。更高@@的@@阻断电压@@@@为@@杂散电感产生的@@关断@@应力@@提供@@了@@更多的@@设计@@裕量@@。为@@了@@满足@@@@CAV的@@高@@电流@@要求@@，该@@器件@@采用@@了@@能@@装入@@ TO-247PLUS封装@@的@@@@最大@@@@的@@芯片@@@@。再加上@@@@短@@路@@@@稳健性和@@出@@色的@@@@轻载功率@@损耗@@@@，EDT2技术@@是@@@@CAV应用@@的@@完美选择@@。

2. TO-247PLUS单管@@封装@@@@的@@回流焊接@@@@

TO-247PLUS是@@一种可以@@容纳高@@功率@@密度@@@@@@解决方案所需的@@@@大@@型@@芯片@@的@@理想封装@@@@[1]。为@@了@@最大@@@@限度@@地提高@@@@其@@热@@性能@@@@@@，需要将@@芯片@@到@@冷却系统@@@@的@@热@@阻@@降至@@最低@@@@。一种解决方案是@@将@@封装@@的@@@@背面通过@@@@DCB焊接到@@水冷散热@@器@@上@@@@。作为@@@@一个@@@@标@@准@@的@@@@通孔器件@@@@(THD)，一般使@@用@@的@@是@@波峰焊工艺@@@@。为@@了@@承受回流焊工艺@@@@，需要对@@标@@准@@@@TO247封装@@进行改进@@。使@@用@@共聚焦扫描声学显微镜@@(CSAM)对@@标@@准@@的@@@@@@TO-247和@@改进的@@@@TO-247PLUS封装@@进行评估@@。满足@@湿度@@敏感水平@@(MSL) 3存储@@条件@@下@@的@@产品@@@@，在@@峰值@@温度@@@@@@245°C及该@@温度@@@@以@@下@@进行回流焊接@@@@，可以@@持续@@30秒@@。TO-247PLUS 封装@@的@@@@改进版是@@根据标@@准@@@@JEDECJ-STD-020E设计@@和@@认证的@@@@。图@@1展示了@@@@标@@准@@@@TO-247封装@@的@@@@结@@果@@。

Fig.1 标@@准@@TO-247封装@@的@@@@CSAM

在@@引脚@@顶部@@以@@及芯片@@表@@面可以@@观察到@@明显的@@分@@层@@。众所周知@@，这种分@@层会在@@@@产品@@的@@使@@用@@寿命内@@对@@导线产生负面影响@@。此外@@@@,芯片@@垫片@@上@@的@@分@@层@@,延伸到@@封装@@表@@面@@,可能@@会形成一条通往封装@@外@@部@@的@@路@@径@@，使@@芯片@@暴露在@@恶劣的@@环境条件@@下@@@@，如@@湿度@@@@。标@@准@@的@@@@TO-247封装@@不建议用于回流焊焊接@@。

图@@2展示了@@@@TO-247PLUS封装@@的@@@@改进版在@@@@1000次温度@@@@循环@@@@后@@的@@@@测试@@结@@果@@@@。芯片@@顶部@@@@、芯片@@垫片@@、引脚@@顶部@@或@@芯片@@焊接层没@@有@@分@@层@@。因此@@,这种封装@@是@@回流焊接@@的@@理想选择@@。

图@@2 满足@@MSL1存储@@条件@@的@@@@TO-247PLUS单管@@经过@@1000次温度@@@@循环@@@@后@@的@@@@C-SAM

还进行了@@进一步的@@测试@@@@@@,以@@确定@@TO-247PLUS封装@@适用于@@表@@面贴装器件@@的@@@@极限@@。满足@@MSL1存储@@条件@@的@@@@产品@@@@，在@@峰值@@温度@@@@@@245°C及该@@温度@@@@以@@下@@回流焊并持续@@30s，该@@封装@@经历了@@多达@@2000次温度@@@@循环@@@@。图@@3和@@图@@@@4显示@@了@@@@CSAM的@@测试@@@@结@@果@@@@。没@@有@@发现严重的@@分@@层或@@电气故障@@。这进一步验证了@@@@TO-247PLUS SMD封装@@改进版的@@有@@效性@@。

图@@3 满足@@MSL1存储@@条件@@并在@@@@2000次温度@@@@循环@@@@后@@的@@@@TO-247PLUS SMD芯片@@顶面的@@@@C-SAM

图@@4 满足@@MSL1存储@@条件@@并在@@@@2000次温度@@@@循环@@@@后@@的@@@@TO-247PLUS SMD管脚@@顶部@@的@@@@C-SAM

3. 热@@性能@@@@测试@@@@

针对@@@@电机驱动@@@@@@器的@@大@@电流@@@@测试@@@@，将@@该@@器件@@安装@@DCB 上@@，在@@该@@应用@@相关@@的@@条件@@下@@@@进行@@测试@@用来评估@@TO-247PLUS SMD封装@@的@@@@在@@该@@应用@@条件@@下@@的@@热@@性能@@@@@@。

3.1 测试@@设置和@@条件@@@@

这些@@评估中@@使@@用@@的@@测试@@@@样品是@@@@750V/200A的@@EDT2 IGBT芯片@@和@@@@200A的@@EmCon3二极管@@芯片@@封在@@@@TO-247PLUS SMD封装@@中@@@@，设计@@用于主驱系统@@@@，特别是@@@@CAV应用@@。EDT2 IGBT针对@@@@汽车@@应用@@@@，使@@用@@了@@微沟槽栅设计@@@@，针对@@@@10kHz范围内@@@@的@@开关频率进行了@@优化@@@@，降低@@@@了@@导通@@和@@开关损耗@@@@@@。图@@10是@@DUT组装@@DCB并安装在@@底板@@@@上@@的@@图@@形说明@@。

图@@10 测试@@组件@@。12个@@单管@@@@IGBT通过@@DCB安装在@@水冷散热@@器@@上@@@@

两个@@单管@@@@并联@@，使@@用@@B6拓扑@@，总@@共有@@@@12个@@测试@@样品@@。所有@@@@的@@@@@@DUT都@@被回流焊接@@在@@@@DCB上@@，并安装在@@水冷散热@@器@@基@@板@@上@@@@。负载是@@一个@@@@永磁电机@@。热@@电偶被用来监测@@IGBT温度@@@@、散热@@器@@基@@板@@和@@进水@@/出@@水口@@。该@@逆变@@器@@的@@母线电压@@@@为@@@@310V，水温被设定为@@@@ 27°C。

3.2 测试@@结@@果@@

热@@测试@@涉及最坏条件@@下@@的@@应用@@情况@@。在@@低@@开关频率下@@，变频@@器@@各相上@@的@@@@IGBT都@@会在@@@@较@@长的@@时@@间@@内@@导通@@高@@峰值@@电流@@@@。如@@果@@冷却设计@@不合适@@，IGBT/二极管@@将@@被加热@@@@,可能@@达到@@@@超过@@芯片@@的@@温度@@@@@@。

堵转工况是@@电机驱动@@@@@@的@@极端工况@@，考验着系统@@的@@散热@@能@@力@@和@@极限性能@@@@@@。下面是@@堵转测试@@的@@结@@果@@。

表@@1 10kHz开关频率下的@@@@堵转测试@@数据@@

表@@2 4kHz开关频率下的@@@@堵转数据@@

4. 结@@论@@

TO-247PLUS SMD是@@对@@@@CAV这些@@需要高@@功率@@密度@@@@@@和@@可靠@@的@@功率@@@@半导体@@的@@应用@@来讲是@@理想的@@单管@@封装@@@@@@。该@@封装@@能@@够在@@@@DCB上@@进行@@回流焊接@@@@，不会产生分@@层@@。这最大@@@@限度@@地减少@@了@@从@@器件@@芯片@@到@@@@DCB的@@热@@阻@@。应用@@测试@@验证了@@@@EDT2 IGBT与@@EmCon3二极管@@共同封装@@在@@@@TO-247PLUS SMD中@@，满足@@了@@@@CAV应用@@的@@要求@@。与@@系统@@短@@路@@@@测试@@相当@@的@@堵转测试@@@@，器件@@可在@@最大@@@@允许的@@工作结@@温@@内@@运行@@@@。

安世半导体@@IGBT模块@@赋能@@马达驱动@@@@@@应用@@@@

judy — Fri, 20 Oct 2023 02:39:05 +0000

作者@@：

张姗姗@@ IGBT产品@@市场@@经理@@

Jinsheng Song IGBT产品@@市场@@总@@监@@

近年@@来@@，我国年@@工业@@生产总@@值@@不断提高@@@@@@，但@@能@@耗比@@却居高@@不下@@，高@@能@@耗比@@已成为@@@@制约我国经济发展的@@瓶颈@@，为@@此@@国家投入大@@量资金支持节能@@降耗@@项目@@，变频@@调速技术@@已越来越广泛的@@应用@@在@@各行各业@@，它不仅可以@@改善工艺@@@@，延长设备使@@用@@寿命@@，提高@@@@工作效率@@等@@，最重要的@@是@@它可以@@@@“节能@@降耗@@”，这一点已被广大@@用户所认可@@，且@@深受关注@@@@。预计未来几年@@@@，具有@@@@高@@效@@节能@@功效的@@变频@@器@@市场@@将@@受政策驱动@@@@持续增长@@。

自推出@@以@@来@@，绝缘栅双极晶体管@@@@（IGBT）由@@于@@其@@高@@电压@@@@、大@@电流@@@@、低@@损耗@@等优势@@特点@@@@，被广泛应用@@于马达驱动@@@@@@@@，光伏@@，UPS，储@@能@@@@，汽车@@ 等领域@@。随着@@全球对@@可再生能@@源@@的@@日@@益关注@@以@@及对@@效率@@的@@需求@@@@，高@@效@@率@@，高@@可靠@@性成为@@@@功率@@电子@@产业不断前行的@@关键@@。Nexperia（安世半导体@@）的@@ IGBT 产品@@系列@@优化@@了@@开关损耗@@@@和@@导通@@损耗@@@@@@, 兼顾马达驱动@@@@@@需求的@@高@@温@@短@@路@@@@耐受能@@力@@@@@@，实现更高@@的@@电流@@@@密度@@@@和@@系统@@可靠@@性@@。

变频@@器@@

变频@@器@@由@@于@@@@“节能@@降耗@@”等优势@@，广泛的@@使@@用@@在@@电机驱动@@@@@@的@@各个@@领域@@@@。让我们先来走进变频@@器@@@@，看看变频@@器@@的@@典型@@@@@@电路@@@@@@。

“交@@—直@@—交@@”电路@@@@是@@典型@@@@的@@@@变频@@器@@拓扑@@电路@@@@@@，基@@于@@该@@拓扑@@结@@构@@@@的@@变频@@器@@主要由@@整流@@（交@@流变直@@流@@）、滤波@@、逆变@@（直@@流变交@@流@@）、制动@@单元@@、驱动@@@@单元@@、检测单元@@、微处理单元等组成@@。变频@@器@@靠@@ IGBT 的@@开关来调整输出@@电源@@的@@电压@@和@@频率@@，根据电机的@@实际需要@@，来提供@@其@@所需要的@@电源@@电压@@@@，进而@@达到@@@@节能@@@@、调速的@@目的@@@@。另外@@@@，变频@@器@@还有@@很多的@@保护功能@@@@@@，如@@过流@@@@、过压@@、过载保护等等@@。随着@@工业@@自动@@化@@程度@@的@@不断提高@@@@@@，变频@@器@@广泛的@@应用@@在@@纺织@@，港口@@，化工@@，石油@@，工程机械@@，物流等各类应用@@场景@@。

图@@1 典型@@@@的@@@@马达驱动@@@@@@变频@@器@@的@@应用@@框图@@@@

变频@@节能@@@@

传统用工频@@（50Hz）电源@@直@@接驱动@@@@时@@的@@@@风量或@@水量调节方式@@落后@@@@。风机@@、泵@@类调节大@@部@@分@@@@@@仍采用@@阀门机械节流方式@@@@（调节入口或@@出@@口的@@挡板@@@@、阀门开度@@等降低@@@@风量或@@水量@@）。由@@于@@电机以@@恒定速度@@运行@@@@，因此@@即@@使@@@@降低@@@@风量和@@水量@@，耗电量也@@几乎不会下降@@，且@@大@@量的@@能@@源@@消耗在@@挡板@@@@、阀门的@@截流过@@程中@@@@。容易产生能@@源@@的@@浪费@@。

风机@@、泵@@类当@@使@@用@@变频@@调速时@@@@，如@@果@@流量@@要求减小@@@@，通过@@降低@@@@泵@@或@@风机@@的@@转速即@@可满足@@要求@@。随着@@转速的@@降低@@@@@@，所需转矩以@@平方的@@比@@例@@下降@@。输出@@的@@功率@@@@也@@就成立方关系下降@@。即@@可以@@实现大@@规模的@@降低@@@@输出@@功率@@@@，降低@@@@耗电量@@。

风扇@@、风机@@、泵@@为@@代表@@的@@降转矩负载来说@@@@，随着@@转速的@@降低@@@@@@，所需转矩以@@平方的@@比@@例@@下降@@。而@@根据流体力@@学@@，功率@@=压力@@@@×流量@@，流量@@和@@转速的@@一次方是@@成正比@@的@@@@，压力@@@@与@@转速的@@平方是@@成正比@@的@@@@，功率@@和@@转速的@@立方成正比@@@@，如@@果@@说水泵@@效率@@固定的@@话@@，当@@调节流量@@下降时@@@@，转速就会成比@@例@@下降@@，输出@@的@@功率@@@@也@@就成立方关系下降@@，所以@@@@说@@，水泵@@的@@转速与@@电机耗电功率@@是@@近似立方比@@关系@@。

马达驱动@@@@@@的@@短@@路@@@@能@@力@@@@@@@@

工业@@环境中@@的@@@@短@@路@@@@工业@@电机驱动@@@@@@器的@@工作环境相对@@@@恶劣@@，可能@@出@@现高@@温@@@@、交@@流线路@@瞬变@@、机械过载@@、接线错误以@@及其@@它突发情况@@。其@@中@@@@有@@些事件@@可能@@会导致较@@大@@的@@电流@@@@流入电机驱动@@@@@@器的@@功率@@@@电路@@@@中@@@@@@。

图@@2 IGBT 典型@@@@的@@@@短@@路@@@@情况@@

图@@2显示@@了@@@@三种典型@@@@的@@@@短@@路@@@@事件@@@@。它们是@@@@：

1. 逆变@@器@@直@@通@@。这可能@@是@@由@@@@于不正确开启其@@中@@@@一条逆变@@器@@桥臂的@@两个@@@@IGBT所导致的@@@@，而@@这种情况有@@可能@@是@@因为@@@@遭受了@@电磁干扰或@@控制器故障@@，也@@可能@@是@@因为@@@@臂上@@的@@其@@中@@@@一个@@@@@@ IGBT 故障导致的@@@@。

2. 相对@@@@相短@@路@@@@@@。这可能@@是@@因为@@@@性能@@@@下降@@、温度@@@@过高@@或@@过压@@事件@@@@ 导致电机绕组之间@@发生绝缘击穿所引起的@@@@。

3. 相线对@@地短@@路@@@@@@。这同样@@可能@@是@@因为@@@@性能@@@@下降@@、温度@@@@过高@@或@@过压@@事件@@@@导致电机绕组和@@电机外@@壳之间@@发生绝缘击穿所引起的@@@@。

一般而@@言@@@@，电机可在@@相对@@@@较@@长的@@时@@间@@内@@@@（如@@毫秒@@到@@秒@@@@，具体取决于@@ 电机尺寸@@和@@类型@@@@）吸收极高@@的@@电流@@@@@@，这对@@于@@应用@@在@@马达驱动@@@@@@上@@的@@@@ IGBT 提出@@了@@高@@温@@短@@路@@@@耐受能@@力@@@@的@@要求@@。

IGBT 在@@极限工况需要满足@@短@@路@@@@耐受的@@能@@力@@@@，Nexperia 的@@IGBT模块@@可实现高@@温@@@@150°C 10us 的@@短@@路@@@@能@@力@@@@@@。如@@图@@@@3 IGBT 开关损耗@@@@、通态压降和@@可靠@@性的@@三者的@@折中@@关系@@。Nexperia 的@@ IGBT 采用@@沟槽栅场终止技术@@@@，针对@@@@马达驱动@@@@@@的@@应用@@优化@@了@@@@ Vcesat 导通@@损耗@@@@和@@开关损耗@@@@的@@性能@@@@@@，同时@@@@满足@@高@@温@@@@150°C 10us 的@@短@@路@@@@能@@力@@@@@@。

图@@3 IGBT 开关损耗@@@@、通态压降和@@可靠@@性的@@三者关系@@

IGBT模块@@的@@静态特性@@@@和@@动@@态性能@@@@对@@比@@@@@@

导通@@损耗@@@@是@@整体损耗@@的@@@@重要组成部@@分@@@@@@，我们选取了@@在@@市场@@上@@广泛应用@@的@@不同厂商@@ABCD产品@@作为@@@@对@@照@@，在@@同样@@的@@@@条件@@如@@高@@温@@@@150°C，VGE=15V 时@@，从@@图@@@@4的@@对@@比@@@@@@，我们可以@@读出@@在@@额定@@电流@@@@@@@@100A条件@@下@@，竞品@@A,B,C,D的@@ Vcesat的@@饱和@@压降@@分@@别为@@@@@@2.49V, 2.41V, 2.52V, 3V。红色的@@是@@安世@@ IGBT 产品@@NP100T12P2T3的@@饱和@@压降@@，Vcesat 仅为@@@@2.27V，在@@高@@温@@下@@，和@@竞品@@@@ABCD相比@@@@，Vcesat 分@@别降低@@@@了@@@@10%，6%，11%，32%。极大@@的@@降低@@@@@@ IGBT 的@@静态损耗@@@@。Nexperia 的@@ IGBT模块@@表@@现出@@了@@优异的@@低@@@@ Vcesat 饱和@@压降的@@特性@@@@。

图@@4 IGBT模块@@在@@@@ 150°C 的@@ 静态特性@@@@（Ic-Vcesat )

IGBT模块@@的@@动@@态性能@@@@@@对@@比@@@@@@

同样@@马达驱动@@@@@@的@@应用@@中@@@@对@@开关损耗@@@@尤为@@关注@@@@，我们选取了@@在@@市场@@上@@广泛应用@@的@@不同厂商@@ ABCD 产品@@作为@@@@对@@照@@，对@@比@@@@Nexperia IGBT 产品@@ NP100T12P2T3 在@@不同电流@@下@@的@@开通@@损耗@@@@和@@关断@@@@损耗@@@@的@@和@@值@@@@ Etot ( Eon+Eoff)，如@@图@@@@ 5所示@@ 在@@ 结@@温@@150°C 的@@对@@比@@@@@@，红色的@@曲线@@是@@安世@@ IGBT 产品@@ NP100T12P2T3，在@@额定@@电流@@@@@@100A的@@条件@@下@@@@，竞品@@ A，B，C，D，开关损耗@@@@和@@值@@@@ Etot 分@@别为@@@@25.84mJ，24.52mJ，24.33mJ，29.19mJ，而@@Nexperia产品@@的@@开关损耗@@@@和@@值@@@@@@ Etot 仅为@@@@23.64mJ。在@@高@@温@@下@@，和@@竞品@@@@ABCD相比@@@@，开关损耗@@@@和@@值@@@@ Etot 分@@别降低@@@@了@@@@9%，4%，3%，23%，极大@@地降低@@@@@@ IGBT 在@@高@@开关频率下的@@@@功率@@@@损耗@@@@。

图@@ 5 IGBT模块@@在@@@@ 150°C 的@@ 开关特性@@@@（Eon+Eoff）

IGBT的@@折中@@曲线@@@@

图@@6是@@在@@@@常温@@25°C 和@@高@@温@@@@150°C 时@@的@@@@开关损耗@@@@@@Etot和@@导通@@压降@@ Vcesat 的@@折中@@关系对@@比@@@@@@。IGBT工作在@@大@@电流@@@@高@@电压@@@@，高@@温@@150°C的@@折中@@曲线@@@@备受客户的@@关注@@@@。如@@图@@@@6所示@@，横坐标@@代表@@的@@是@@导通@@压降@@ Vcesat ，纵坐标@@代表@@的@@是@@开关损耗@@@@@@ Etot 越接近原点@@，意外@@着损耗@@越低@@@@，可以@@看出@@@@，Nexperia IGBT产品@@的@@开关损耗@@@@和@@饱和@@压降都@@明显小于@@竞品@@@@ ABCD 。

图@@ 6 IGBT模块@@在@@@@25°C 和@@ 150°C 的@@折中@@曲线@@@@（ Vcesat-Etot ）

马达驱动@@@@@@的@@损耗@@@@计算@@@@

为@@了@@更接近客户的@@实际的@@应用@@情况@@，如@@图@@@@7是@@IGBT模块@@在@@@@典型@@@@的@@@@马达驱动@@@@@@的@@损耗@@@@对@@比@@@@@@，其@@中@@@@ Vcesat ， VF的@@数据来源@@@@于同一测试@@平台@@下的@@@@实测数据@@，开关损耗@@@@ Eon+Eoff 是@@基@@于@@同一双脉冲@@测试@@平台@@在@@高@@温@@@@150°C 额定@@电流@@@@ 100A 的@@条件@@下@@@@的@@测试@@@@数据@@，仿真模拟@@的@@是@@工业@@马达连续运行@@的@@工况@@，系统@@工作于母线电压@@@@@@Vdc=600V，有@@效值@@电流@@@@ Irms=50A ，门级电阻@@@@Rgate=1.5Ω，载波频率@@ fsw=10KHz，调制比@@@@ m=0.8, 电机功率@@因数@@ cosφ=0.8，输出@@频率@@fout=50Hz。

仿真损耗@@的@@@@计算@@结@@果如@@下@@@@，在@@典型@@@@变频@@器@@驱动@@@@器@@应用@@条件@@下@@@@，Nexperia NP100T12P2T3 的@@ IGBT 产品@@, 其@@开关损耗@@@@和@@导通@@损耗@@@@均小于@@竞品@@@@ ABCD ，总@@功率@@损耗@@降低@@@@@@5%~24%。Nexperia 的@@ IGBT 产品@@整体降低@@@@了@@功率@@损耗@@@@，提升了@@变频@@器@@的@@系统@@效率@@@@。

图@@ 7 IGBT 模块@@在@@@@典型@@@@的@@@@马达驱动@@@@@@应用@@条件@@的@@@@ Ploss 损耗@@

热@@仿真@@

从@@热@@仿真@@上@@可以@@直@@观的@@看到@@节温的@@分@@布@@，如@@图@@@@8所示@@。对@@比@@@@安世半导体@@和@@竞品@@@@@@ A 马达驱动@@@@@@应用@@做热@@仿真@@@@，Nexperia 的@@ IGBT 最高@@节温@@ Tjmax 会是@@@@116°C, 竞品@@的@@最高@@节温@@@@ Tjmax 是@@119°C，比@@竞品@@@@ A 低@@3°C。

图@@8 马达驱动@@@@@@应用@@中@@@@热@@仿真@@@@

布局设计@@@@

产品@@的@@布局设计@@@@也@@非常关键@@，通过@@精巧的@@布局设计@@@@与@@仿真对@@比@@@@@@，增加@@布线宽度@@@@，减小@@换流路@@径长度@@@@，增加@@换流路@@径重合度@@及磁场相消@@，来达到@@@@最大@@@@程度@@的@@降低@@@@寄生电感@@的@@目的@@@@。

在@@ IGBT 关断@@的@@过程中@@@@，IGBT 的@@电流@@@@下降产生较@@大@@的@@@@ di/dt, 由@@于@@回路@@中@@存在@@@@杂散电感@@，在@@IGBT 的@@上@@叠加反向@@电动@@势@@，delta V=L*di/dt。产生较@@大@@的@@电压@@尖峰@@，由@@于@@优化@@了@@线路@@中@@的@@@@杂散电感@@，从@@而@@@@最终使@@得@@关断@@时@@@@的@@电压@@尖峰尽可能@@小@@。减少@@关断@@时@@@@候时@@的@@@@电压@@过冲@@。

小结@@@@

基@@于@@前面的@@讨论@@，安世半导体@@的@@@@ IGBT 模块@@优化@@了@@开通@@损耗@@和@@@@导通@@损耗@@@@@@，同时@@@@兼顾高@@温@@下的@@@@短@@路@@@@能@@力@@@@@@@@，实现更高@@电流@@密度@@@@和@@更好@@的@@可靠@@性@@，降低@@@@了@@整体的@@损耗@@@@且@@提高@@@@了@@系统@@的@@效率@@@@@@。同时@@@@设计@@通过@@精巧的@@布局@@，增加@@减小@@换流路@@径长度@@@@@@，增加@@换流路@@径重合度@@及磁场相消@@，来达到@@@@最大@@@@程度@@的@@降低@@@@寄生电感@@的@@目的@@@@，模块@@的@@最高@@工作运行@@节温达到@@@@@@150°C ，满足@@马达驱动@@@@@@的@@高@@温@@@@150°C 短@@路@@@@耐受能@@力@@@@。

Nexperia (安世半导体@@)

Nexperia（安世半导体@@）总@@部@@位于荷@@兰@@，是@@一家在@@欧洲拥有@@丰富悠久发展历史的@@全球性半导体公司@@@@，目前@@在@@欧洲@@、亚洲和@@美国共有@@@@15,000多名员工@@。作为@@@@基@@础半导体器件@@开发和@@生产的@@领跑者@@，Nexperia（安世半导体@@）的@@器件@@被广泛应用@@于汽车@@@@、工业@@、移动@@和@@消费等多个@@应用@@领域@@，几乎为@@世界上@@所有@@@@电子@@设计@@的@@基@@本功能@@@@提供@@支持@@。

Nexperia（安世半导体@@）为@@全球客户提供@@服务@@，每年@@的@@@@产品@@出@@货量超过@@@@1,000亿@@件@@。这些@@产品@@在@@效率@@@@（如@@工艺@@@@、尺寸@@、功率@@及性能@@@@@@）方面成为@@@@行业基@@准@@，获得广泛认可@@。Nexperia（安世半导体@@）拥有@@丰富的@@@@IP产品@@组合和@@持续扩充的@@产品@@范围@@，并获得了@@@@IATF 16949、ISO 9001、ISO 14001和@@ISO 45001标@@准@@认证@@，充分@@体现了@@公司@@对@@于@@创新@@、高@@效@@、可持续发展和@@满足@@行业严苛要求的@@坚定承诺@@。

提高@@@@4.5kV IGBT模块@@的@@功率@@@@密度@@@@@@@@

judy — Tue, 17 Oct 2023 06:52:33 +0000

未来对@@电力@@电子@@变流器@@的@@要求不断提高@@@@@@。功率@@密度@@@@@@和@@变流器@@效率@@须进一步提高@@@@@@。输出@@功率@@应适应不同终端客户的@@不同项目@@。同时@@@@，变流器@@仍需具有@@@@成本竞争力@@@@。本文展示了@@@@新型@@@@@@4.5kV功率@@模块@@@@如@@何在@@铁路@@@@、中@@压驱动@@@@或@@电力@@系统@@等应用@@中@@@@满足@@这些@@变流器@@要求@@。

作者@@：Kazuto Mikami, Kenji Hatori, Victor Tolstopyatov, Nils Soltau

简介@@

2020 年@@，三菱电机@@宣布推出@@额定@@电压@@@@3.3kV的@@HV100功率@@模块@@@@[1]，采用@@X系列@@芯片@@@@组@@。如@@图@@@@1所示@@，HV100封装@@易于并联@@，换流杂散电感低@@@@，绝缘电压@@为@@@@@@10.2kV，具有@@@@很高@@@@的@@灵活性@@。该@@封装@@设计@@初衷是@@为@@了@@满足@@@@未来铁路@@变流器@@的@@要求@@[2]。最近@@，三菱电机@@又发布了@@一款额定@@电压@@为@@@@@@4.5kV、额定@@电流@@@@为@@@@450A的@@HV100功率@@模块@@@@。本文将@@介绍这款新器件@@@@——CM450DE-90X，对@@比@@@@其@@与@@传统@@功率@@模块@@@@的@@优势@@，并展示其@@适用铁路@@@@、中@@压驱动@@@@或@@电力@@系统@@等应用@@的@@主要特性@@@@。

图@@1：HV100封装@@功率@@模块@@@@@@

CM450DE-90X采用@@三菱电机@@最新一代@@4.5kV X系列@@芯片@@@@，包括@@CSTBT™(III)和@@RFC二极管@@。这确保@@了@@低@@损耗@@@@、平滑的@@开关波形@@@@和@@过流@@工况下的@@@@高@@鲁棒性@@。

HV100的@@封装@@结@@构@@如@@图@@@@@@2所示@@。两个@@直@@流端子位于功率@@模块@@@@的@@一侧@@@@，而@@两个@@交@@流端子则位于另一侧@@@@。这样@@可以@@实现与@@直@@流母线电容的@@低@@电感连接@@和@@更简洁的@@变流器@@布局@@。中@@间位置为@@栅极@@@@驱动@@@@@@板@@提供@@了@@空间@@@@。当@@HV100功率@@模块@@@@并联时@@@@@@，驱动@@@@端子方便连接@@@@。可在@@并联@@IGBT模块@@的@@上@@面安装一块@@PCB板@@，来控制所有@@@@模块@@@@。此外@@@@，这种设计@@还可以@@通过@@@@增加@@@@（或@@减少@@@@）并联模块@@的@@数量来调整输出@@功率@@@@。

HV100封装@@采用@@@@MCB底板@@@@（Metal Casting direct Bonding，金属铸造直@@接键合@@）。它可以@@降低@@@@热@@导率@@，从@@而@@@@提高@@@@功率@@密度@@@@@@@@。与@@采用@@@@AlSiC底板@@@@的@@传统封装@@结@@构@@相比@@@@@@，结@@到@@壳的@@热@@阻@@降低@@@@了@@约@@30%。此外@@@@，MCB底板@@@@避免了@@底板@@@@焊接@@，而@@底板@@@@焊接层是@@传统功率@@模块@@@@封装@@中@@@@热@@循环寿命的@@制约因素@@。

图@@2：采用@@MCB底板@@@@结@@构@@的@@@@HV100功率@@模块@@@@截面图@@@@

更高@@的@@功率@@@@密度@@@@@@@@

下面将@@比@@@@较@@@@@@CM450DE-90X与@@传统@@190x140mm²功率@@模块@@@@的@@输出@@功率@@@@@@。例@@如@@@@，比@@较@@@@对@@象是@@两个@@传统封装@@的@@@@@@CM1350HG-90X单管@@IGBT模块@@和@@三个@@@@并联@@的@@@@CM450DE-90X半桥@@模块@@@@，两者额定@@电流@@@@相同@@@@。尽管@@额定@@电流@@@@相同@@@@，但@@图@@@@3显示@@HV100功率@@模块@@@@占用的@@散热@@面积减少@@了@@约@@20%。

图@@3：在@@相同@@额定@@电流@@@@下@@，HV100和@@传统封装@@的@@@@半桥@@结@@构@@尺寸@@比@@较@@@@@@

直@@流母线和@@半导体芯片@@之间@@的@@杂散电感是@@影响功率@@模块@@@@开关特性@@@@的@@因素之一@@，会严重影响其@@开关动@@作@@。高@@寄生电感会延长开通@@和@@关断@@@@过程@@，并导致关断@@时@@@@产生更高@@的@@电压@@尖峰@@。上@@述两种@@情况都@@会增加@@@@IGBT模块@@的@@开关损耗@@@@@@。由@@于@@HV100实现了@@更低@@的@@杂散电感@@，因此@@开关速度@@更快@@@@，开关损耗@@@@更低@@@@。与@@传统@@封装@@相比@@@@@@，4.5kV HV100在@@逆变@@模式@@@@（即@@图@@@@4a中@@的@@@@正功率@@因数@@）和@@制动@@模式@@@@（即@@图@@@@4b中@@的@@@@负功率@@因数@@）下可将@@变流器@@总@@损耗@@分@@别降低@@@@@@17%和@@18%[3]。

图@@4：变流器@@损耗@@计算@@结@@果@@

使@@用@@MelcoSim Ver.5.4.1[4]，计算@@三个@@@@@@CM450DE-90X并联与@@@@CM1350HG-90X和@@CM1200HG-90R（前一代@@R系列@@）的@@输出@@电流@@@@能@@力@@@@。结@@果如@@图@@@@@@5所示@@，与@@之前的@@@@R系列@@HVIGBT模块@@相比@@@@@@，X系列@@模块@@降低@@@@了@@损耗@@@@、优化@@了@@热@@阻@@，允许的@@最高@@工作温度@@@@@@也@@提高@@@@到@@@@Tj=150℃。由@@于@@上@@述因素@@，CM1350HG-90X模块@@的@@可输出@@电流@@@@比@@@@CM1200HG-90R增加@@了@@@@约@@17%。如@@果@@使@@用@@新型@@@@@@HV100半桥@@模块@@@@CM450DE-90X（三个@@@@并联@@），则可再增加@@@@12%。这是@@@@由@@@@于降低@@@@了@@开关损耗@@@@以@@及@@MCB底板@@@@优化@@了@@热@@阻@@@@。

图@@5：R系列@@HVIGBT、X系列@@HVIGBT和@@4.5kV HV100 HVIGBT的@@输出@@电流@@@@与@@载波频率@@之间@@的@@关系@@（条件@@：SPWM，Vcc=2800V，PF=+0.85，M=1，TS=80℃，Tj=Tjop）

并联运行@@@@

如@@前所述@@，HV100封装@@是@@专为@@更简单的@@并联连接@@而@@设计@@的@@@@，并联时@@@@，优化@@的@@端子布局方便连接@@母线电容和@@交@@流输出@@@@。下面将@@测量两个@@并联@@@@@@CM450DE-90X之间@@的@@均流@@情况@@。图@@6展示了@@@@测试@@装置@@，通过@@它可以@@测量@@N侧@@IGBT的@@单独电流@@@@。测试@@在@@室温@@、Vcc=2800V、总@@电流@@@@I_C,total=900A（每个@@功率@@模块@@@@@@@@450A）和@@栅极@@电压@@@@V_GE=±15V的@@条件@@下@@@@进行@@。

图@@6：测量两个@@并联@@@@CM450DE-90X之间@@均流的@@测试@@@@装置@@

图@@7(a)和@@(b)分@@别显示@@了@@@@两个@@功率@@模块@@@@@@在@@关断@@和@@开通@@时@@@@的@@均流@@情况@@。测试@@结@@果@@表@@明@@@@，电流@@在@@两个@@功率@@模块@@@@@@之间@@均匀分@@布@@，从@@而@@@@很好@@地利用了@@芯片@@面积@@。

需要注@@意的@@是@@@@，评估中@@使@@用@@的@@两个@@模块@@在@@@@特性@@上@@差异较@@小@@。关于@@功率@@模块@@@@参数变化对@@并联的@@影响@@@@，请参阅@@[5]。

图@@7：两个@@并联@@CM450DE-90X的@@均流@@（条件@@：Vcc=2800V，IC,total=900A，VGE=±15V，Tj=25℃，N-side）

高@@杂散电感下的@@@@开关@@

建议使@@用@@低@@杂散电感@@Ls的@@直@@流母线@@，以@@减少@@开关损耗@@@@和@@关断@@@@时@@的@@@@过电压@@@@。然而@@@@，并不是@@所有@@@@的@@@@@@变流器@@设计@@都@@能@@实现低@@@@Ls值@@。在@@某些情况下@@@@，例@@如@@@@在@@多电平@@变流器@@中@@@@，存在@@@@较@@高@@@@的@@@@Ls，应保证功率@@模块@@@@也@@能@@安全可靠@@运行@@@@。图@@8显示@@了@@@@4.5kV HV100在@@Ls=100nH和@@400nH条件@@下@@关断@@时@@@@的@@开关波形@@@@@@。可以@@看出@@@@，即@@使@@@@Ls高@@达@@400nH，最大@@@@VCE电压@@也@@仅达到@@@@@@3600V左右@@。有@@关@@高@@杂散电感的@@进一步测量结@@果@@，请参见@@[3]。总@@之@@，CM450DE-90X即@@使@@@@在@@杂散电感较@@高@@@@的@@情况下@@@@也@@能@@正常工作@@，其@@VCES有@@足够的@@余量@@，并且@@@@不会产生振荡@@。

图@@8：分@@别在@@@@Ls=100nH和@@Ls=400nH情况下@@，比@@较@@@@4.5kV HV100的@@开关波形@@@@（条件@@：Vcc=2800V，Ic=450A，VGE=15V，Tj =150℃）

过电流@@时@@的@@@@鲁棒性@@@@

功率@@模块@@@@的@@鲁棒性@@是@@变流器@@主要要求之一@@，尤其@@是@@在@@@@铁路@@或@@电力@@系统@@等责任重大@@的@@应用@@场合@@。RBSOA（反偏安全工作区@@@@）是@@评估@@IGBT模块@@鲁棒性的@@典型@@@@@@方法@@@@。该@@特性@@显示@@了@@@@功率@@模块@@@@在@@@@IGBT关断@@时@@@@承受一定电压@@和@@电流@@@@的@@能@@力@@@@。图@@9中@@用黑色曲线@@显示@@了@@@@@@CM450DE-90X规格书限定的@@@@RBSOA。该@@图@@中@@@@@@，实际型@@式@@试验测量结@@果以@@橙色曲线@@显示@@@@。经证实@@，CM450DE-90X样品即@@使@@@@在@@@@2700A（6倍@@额定@@电流@@@@@@）的@@情况下@@@@也@@未发生故障@@。这证明了@@@@CM450DE-90X的@@鲁棒性@@，在@@可能@@发生的@@意外@@过流@@工况时@@@@，为@@变流器@@制造@@商和@@终端用户提供@@更大@@的@@安全裕量@@。

图@@9：规定的@@@@RBSOA和@@评估结@@果@@（Vcc=3400V，Tj=150℃)

总@@结@@@@

本文介绍了@@采用@@@@HV100封装@@的@@@@新型@@@@@@4.5kV/450A功率@@模块@@@@CM450DE-90X。该@@功率@@模块@@@@采用@@@@MCB底板@@@@和@@最新一代芯片@@@@，具有@@@@10.2kV绝缘电压@@和@@卓越性能@@@@@@。特别是@@@@在@@增加@@功率@@密度@@@@@@@@、方便并联和@@过流@@工况下的@@@@鲁棒性@@等方面进行了@@讨论@@。事实证明@@，CM450DE-90X能@@够满足@@未来变流器@@的@@要求@@。

新型@@@@CM450DE-90X扩展了@@@@LV100/HV100产品@@阵容@@。除@@CM450DE-90X外@@，还有@@额定@@电压@@为@@@@@@1.7kV和@@3.3kV的@@其@@他功率@@模块@@@@可供选择@@。表@@1列出@@了@@@@LV100/HV100完整产品@@系列@@@@。

表@@1：HV100和@@LV100功率@@模块@@@@阵容@@

参考文献@@

[1]Mitsubishi Electric Corporation, Mitsubishi Electric to Launch HV100 dual type X-Series HVIGBT Modules, Tokyo, Japan, 2020.

[2]N. Soltau, E. Wiesner, R. Tsuda, K. Hatori and H. Uemura, "Demands by Future Railway Converters and How They Change Power Semiconductor Modules," in Bodo's Power Systems, Jul 2021.

[3]K. Mikami, K. Hatori and N. Soltau, "4.5 kV HV100-type HVIGBT Module for Large Industrial Equipment," in PCIM Europe, Nuremberg, Germany, 2023.

[4]Mitsubishi Electric Corporation, "Mitsubishi Electric Power Module Loss Simulator Melcosim," [Online]. Available: https://www.mitsubishielectric.com/semiconductors/simulator/index.html. [Accessed 19 May 2023].

[5]Y. Ando, J. Sakai, K. Hatori, N. Soltau and E. Wiesner, "Influence of IGBT and Diode Parameters on the Current Sharing and Switching-Waveform Characteristics of Parallel-Connected Power Modules," in 24th European Conference on Power Electronics and Applications (EPE'22 ECCE Europe), Hanover, Germany, 2022.

关于@@三菱电机@@@@

三菱电机@@创立于@@1921年@@，是@@全球知名的@@综合性企业@@。截止@@2023年@@3月@@31日@@的@@财年@@@@，集团营收@@50036亿@@日@@元@@（约合美元@@373亿@@）。作为@@@@一家技术@@主导型@@企业@@，三菱电机@@拥有@@多项专利技术@@@@，并凭借强@@大@@的@@技术@@实力@@和@@良好@@的@@企业信誉在@@全球的@@电力@@设备@@、通信设备@@、工业@@自动@@化@@、电子@@元器件@@@@、家电等市场@@占据重要地位@@。尤其@@在@@电子@@元器件@@@@市场@@@@，三菱电机@@从@@事开发和@@生产半导体已有@@@@60余年@@@@。其@@半导体产品@@更是@@在@@@@变频@@家电@@、轨道牵引@@、工业@@与@@新能@@源@@@@、电动@@汽车@@@@、模拟@@/数字通讯以@@及有@@线@@/无线通讯等领域@@得到@@了@@广泛的@@应用@@@@。

NPC2三电平@@@@拓扑@@横管@@过压@@保护开关@@逻辑@@

judy — Fri, 13 Oct 2023 02:48:53 +0000

作者@@：何通@@，英@@飞@@凌@@@@工业@@半导体@@

NPC2三电平@@@@拓扑@@因为@@@@其@@效率@@高@@@@，谐波含量低@@@@，在@@光伏@@逆变@@器@@@@设计@@中@@应用@@非常广泛@@。由@@下图@@可以@@看到@@@@@@，NPC2由@@四个@@开关管构成@@，包含竖管@@@@T1/T4，横管@@T2/T3。

在@@市电异常或@@者@@逆变@@器@@系统@@故障时@@@@，逆变@@器@@是@@否需要特殊的@@开关逻辑@@，对@@NPC2拓扑@@中@@的@@@@横管@@进行过压@@保护呢@@@@？

我们以@@横管@@@@T2/3采用@@50A 650V H5 IGBT IKW50N65H5，竖管@@T1/4为@@40A 1200V S6 IGBT IKW40N120CS6为@@例@@@@子@@。

当@@市电异常时@@@@，逆变@@器@@启动@@保护机制@@，如@@下@@图@@@@，从@@波形@@上@@看@@，T1与@@T2同时@@@@开始关断@@@@，但@@因为@@@@@@H5芯片@@开关速度@@天然比@@@@CS6快@@很多@@，即@@使@@@@在@@关断@@电阻@@@@T2>T1的@@情况下@@@@（T2 Rg=40ohm,T1 Rg=20ohm），T1的@@Vge下降速度@@依然比@@@@T2的@@Vge下降速度@@要慢@@@@，T2先关断@@@@。从@@波形@@上@@看@@，T2的@@Vce电压@@平台@@维持@@在@@@@780Vdc附近@@，持续了@@@@50us。对@@于@@800V母线系统@@@@，NPC2拓扑@@，横管@@最好@@用@@650V器件@@，其@@损耗@@比@@@@1200V低@@，但@@780V的@@电压@@平台@@已经远远超过@@器件@@的@@@@最大@@@@@@CE耐压@@。虽然@@下面波形@@图@@的@@管子还没@@有@@损坏@@，但@@是@@@@这在@@设计@@中@@绝对@@不允许的@@@@，需要把@@电压@@降低@@@@至@@@@合理的@@水平@@@@。

对@@于@@这种情况@@，可能@@的@@原因@@是@@@@，线路@@上@@杂散电容@@Cs(或@@者@@RC吸收电路@@@@@@上@@的@@电容@@@@Cs)的@@电荷@@无法释放造成@@。

如@@上@@图@@@@，Cs模拟@@杂散电容@@(或@@者@@RC吸收电容@@)，以@@正半周为@@例@@@@@@，T2比@@T1先关断@@@@：

左图@@@@T1，T2开通@@T3的@@电容@@(Cs)会被充电@@，电压@@在@@@@+Bus，中@@图@@@@当@@@@T2先关断@@@@时@@@@，Cs的@@电荷@@的@@泄放回路@@被切断@@，Cs电压@@会维持@@在@@@@+Bus，右图@@@@当@@@@T1关断@@时@@@@，输出@@电感电流@@通过@@@@@@T4的@@二极管@@续流@@@@，AC输出@@的@@点会被嵌位到@@@@-Bus。从@@而@@@@T2 CE两端电压@@会在@@@@@@+Bus和@@-Bus之间@@，总@@电压@@会是@@@@@@2倍@@Bus，远超横管@@常用的@@@@1倍@@Bus电压@@的@@器件@@选型@@@@。

如@@果@@，改变@@T1,T2的@@关断@@时@@@@序@@，T1比@@T2先关断@@@@：

如@@上@@图@@@@，左图@@@@，T1开通@@时@@@@，Cs电压@@为@@@@+Bus。中@@图@@@@，当@@T1先关断@@@@，因为@@@@T2还在@@开通@@@@，电感在@@续流情况下@@@@，电流@@会从@@中@@点流向@@@@AC输出@@端@@，Cs电容上@@的@@电压@@会被释放掉至@@@@0。右图@@@@，当@@T2关断@@时@@@@，电流@@通过@@@@T4二极管@@续流@@，AC输出@@端@@被嵌位在@@@@-Bus。在@@T2CE两端的@@电压@@为@@@@@@0和@@-Bus。总@@电压@@是@@@@1倍@@Bus电压@@。与@@第一种情况相对@@@@@@，T2上@@电压@@会减少@@一半@@。T2没@@有@@过压@@的@@风险@@。

仿真验证@@：

以@@PLECS仿真软件@@，搭建上@@图@@的@@线路@@@@。以@@T2先于@@T1关断@@，和@@T2延后@@@@T1关断@@两种@@情况来进行仿真@@。

上@@图@@当@@@@T2比@@T1先关断@@@@，三通道@@@@T2 Vce=800V.

上@@图@@当@@@@T1比@@T2先关断@@@@，三通道@@@@T2 Vce=400V.

实验验证@@：

第二次测试@@@@，减小@@T1 Rg=10ohm,维持@@T2 Rg=40ohm,从@@下面的@@波形@@可以@@看出@@@@@@，T1Vge下降速度@@比@@@@T2Vge下降速度@@要快@@@@，T1比@@T2先关断@@@@，T2 Vce电压@@平台@@会维持@@在@@@@390Vdc附近@@，大@@约为@@@@1/2母线电压@@@@。可以@@得知此方法@@对@@减少@@@@T2过压@@有@@很好@@的@@效果@@。

从@@上@@述的@@分@@析@@和@@实验可知@@，当@@横管@@杂散电容较@@大@@@@(或@@有@@@@RC吸收电路@@@@@@)时@@，在@@市电异常或@@者@@逆变@@器@@系统@@故障时@@@@，逆变@@器@@需要加入横管@@的@@延时@@关断@@策略@@，以@@减少@@横管@@过压@@的@@风险发生@@。

多元融合高@@弹性电网@@初落地@@，电源@@和@@功率@@@@器件@@@@迎行业风口@@

judy — Wed, 23 Aug 2023 12:26:08 +0000

每到@@盛夏@@，我国江浙沿海一带就会出@@现电力@@紧张问@@题@@。因此@@，“高@@温@@下保供电@@”便成为@@@@各地的@@主要方针@@。同时@@@@，随着@@新能@@源@@汽车@@渗透率提升@@，电能@@供应的@@挑战会越来越大@@@@。为@@了@@能@@够更好@@地解决供电难题@@，多元融合高@@弹性电网@@成为@@@@电力@@能@@源@@领域的@@热@@门概念@@，并已经得到@@了@@初步的@@落实@@。

多元融合高@@弹性电网@@将@@分@@布式@@电源@@和@@储@@能@@@@系统@@@@融入电网@@系统@@中@@@@@@，具有@@@@明显的@@负载可调特性@@@@，有@@助于电力@@系统@@调度@@控制从@@传统的@@@@@@“源@@随荷@@动@@@@”向@@“源@@网@@荷@@储@@友好@@互动@@@@”模式@@转变@@。因此@@，在@@电网@@负荷@@不断增大@@的@@情况下@@@@@@，多元融合高@@弹性电网@@具有@@@@重要的@@战略意义@@。

在@@多元融合高@@弹性电网@@构建的@@过程中@@@@，两种@@类型@@的@@器件@@最为@@关键@@，一种是@@模拟@@电源@@@@，另一种是@@功率@@器件@@@@@@。同时@@@@，这也@@是@@贸泽电子@@@@官网@@销售的@@两大@@类主流器件@@@@，它们将@@和@@广大@@业者一起开启电网@@运转新时@@代@@。

多元融合下的@@@@新能@@源@@发电@@

多元融合高@@弹性电网@@具有@@@@高@@承载@@、高@@互动@@@@、高@@自愈@@、高@@性能@@@@四大@@核心特征@@，这就要求这种新式@@电网@@需要具备两个@@基@@础能@@力@@@@：其@@一是@@电网@@需要能@@灵活地应对@@大@@规模电力@@供应@@，其@@二是@@电网@@需要能@@允许大@@规模清洁能@@源@@动@@态性接入@@。

在@@第二点上@@@@，目前@@清洁能@@源@@发电拥有@@广泛的@@市场@@前景@@。根据国家能@@源@@局的@@统计数据@@，2022年@@国内@@新增清洁能@@源@@装机量为@@@@1.52亿@@千瓦@@，总@@装机量达到@@@@了@@@@12.13亿@@千瓦@@。截至@@@@2022年@@底@@，天然气@@、水电@@、核电@@、风电@@、太阳能@@@@发电等清洁能@@源@@消费量占能@@源@@消费总@@量的@@@@25.9%。近年@@来@@，这一占比@@稳定提升@@。

目前@@，太阳能@@@@和@@风能@@是@@清洁能@@源@@的@@主要来源@@@@@@，国家能@@源@@局在@@分@@享@@2022年@@1-6月@@份发电数据时@@表@@示@@@@，除@@了@@@@传统的@@@@火电和@@水电@@@@，太阳能@@@@和@@风能@@在@@份额上@@并列第三名@@，报告@@期内@@发电占比@@均为@@@@14%。

太阳能@@@@发电主要有@@两种@@形式@@@@，一种是@@光@@-热@@-动@@-电转换@@方式@@@@，另一种是@@光@@@@-电直@@接转换@@方式@@@@。不过@@，由@@于@@太阳能@@@@热@@发电的@@效率@@@@很低@@@@，导致其@@建站的@@成本甚至@@会达到@@@@火力@@发电站的@@@@5-6倍@@，因此@@光电直@@接转换@@是@@目前@@的@@主流@@，这种方式@@就是@@我们所说的@@光伏@@@@。

在@@光伏@@发电的@@大@@系统@@里@@，由@@光转化的@@电能@@有@@两条去路@@@@：蓄电池和@@电网@@@@。通往电网@@的@@光伏@@发电系统@@主要包含四部@@分@@@@@@，分@@别是@@光伏@@矩阵@@、光伏@@控制器@@、逆变@@器@@和@@@@交@@流负载端@@。这里面@@，逆变@@器@@的@@作用是@@将@@太阳能@@@@电池板@@所发的@@直@@流电转化成能@@够并网@@使@@用@@的@@交@@流电@@。

话虽如@@此@@，逆变@@器@@的@@工作却并不简单@@。逆变@@器@@需要通过@@开关电源@@@@@@、变压器@@、滤波@@器@@、IGBT等器件@@顺应电网@@的@@电压@@和@@频率要求@@，调整输出@@电压@@的@@波形@@@@、频率和@@相位@@，以@@实现与@@电网@@同步@@，如@@此才能@@实现并网@@@@。

逆变@@器@@也@@担负着功能@@@@安全的@@使@@命@@，具备一定的@@控制和@@保护功能@@@@@@，比@@如@@@@过压@@@@、过流@@、短@@路@@@@、过温等@@，确保@@系统@@的@@稳定运行@@@@。另外@@@@，逆变@@器@@也@@需要具备一定的@@动@@态调节能@@力@@@@，以@@保证系统@@在@@最大@@@@功率@@点追踪@@(MPPT)下运行@@@@。

在@@整个@@光伏@@逆变@@器@@中@@@@，IGBT是@@核心部@@件@@，占到@@光伏@@逆变@@器@@价值@@量的@@@@15%-20%。不同的@@光伏@@电站需要的@@@@IGBT产品@@略有@@不同@@，比@@如@@@@集中@@式@@光伏@@主要采用@@@@IGBT模块@@，而@@分@@布式@@光伏@@主要采用@@@@IGBT单管@@或@@模块@@@@。从@@某种意义上@@讲@@，IGBT的@@性能@@@@水平直@@接决定@@了@@光伏@@逆变@@器@@的@@性能@@@@水平@@。

我们都@@知道@@IGBT是@@靠驱动@@@@器@@对@@其@@性能@@@@进行整体调控@@，驱动@@@@器@@的@@好@@坏直@@接影响@@IGBT的@@动@@态性能@@@@@@，并且@@@@和@@@@IGBT的@@稳定性和@@成本息息相关@@@@。在@@这里@@我们为@@大@@家推荐一款来自制造@@商@@安森美@@@@（onsemi）的@@IGBT驱动@@@@器@@NCD5700x，这款器件@@在@@贸泽电子@@@@官网@@上@@的@@料号为@@@@NCD57000DWR2G。

图@@1：NCD5700x大@@电流@@@@IGBT驱动@@@@器@@（图@@源@@@@：贸泽电子@@@@）

安森美@@NCD5700x是@@内@@置@@电流@@隔离的@@大@@电流@@@@单沟道@@@@IGBT驱动@@@@器@@，可在@@高@@功率@@应用@@中@@@@提供@@高@@系统@@性能@@@@和@@可靠@@性@@。相关@@器件@@具有@@@@@@高@@度@@灵活的@@动@@态@@IGBT性能@@@@调节能@@力@@@@。

图@@2：NCD5700x大@@电流@@@@IGBT驱动@@@@器@@系统@@框图@@@@@@（图@@源@@@@：安森美@@）

NCD5700x大@@电流@@@@IGBT驱动@@@@器@@具有@@@@低@@输出@@阻抗@@，用于增强@@型@@@@IGBT驱动@@@@；可适应输入侧@@上@@的@@@@5V和@@3.3V信号@@，以@@及驱动@@@@器@@侧@@上@@的@@宽偏置电压@@范围@@，包括@@负电压@@功能@@@@@@；具有@@@@互补输入和@@精确@@UVLO，还可提供@@@@独立的@@高@@侧@@和@@低@@侧@@@@（OUTH和@@OUTL）驱动@@@@器@@输出@@@@。

图@@3：UVLO示意图@@@@（图@@源@@@@：安森美@@）

NCD5700x大@@电流@@@@IGBT驱动@@@@器@@具有@@@@出@@色的@@安全特性@@@@，包括@@漏极开路@@故障和@@就绪输出@@@@、有@@源@@@@米勒钳位@@、DESAT保护以@@及@@DESAT软关断@@特性@@等@@。并且@@@@，相关@@器件@@的@@@@输入和@@输出@@之间@@保证了@@@@8mm的@@爬电距离@@，以@@满足@@增强@@的@@安全绝缘要求@@。

除@@了@@@@应用@@于太阳能@@@@逆变@@器@@领域@@，NCD5700x大@@电流@@@@IGBT驱动@@@@器@@还可用于@@电机控制@@、不间断电源@@@@(UPS)、焊接和@@工业@@电源@@等丰富场景中@@@@。

储@@能@@@@系统@@@@让电网@@更具弹性@@

根据国网@@浙江电力@@研究院联合北京交@@通大@@学发布的@@@@名为@@@@《多元融合高@@弹性电网@@关键技术@@综述@@》论文@@，在@@多元融合高@@弹性电网@@系统@@里@@，采用@@了@@非常多的@@创新型@@@@技术@@@@，包括@@系统@@级模型@@构建技术@@@@、柔性直@@流输电技术@@@@、高@@效@@运行@@控制技术@@@@、大@@数据技术@@@@、云计算@@技术@@以@@及储@@能@@@@技术@@等@@。

其@@中@@@@，储@@能@@@@技术@@被认为@@是@@解决电网@@负荷@@波动@@问@@题的@@重要手段@@，受到@@了@@全球各国家和@@地区的@@重点关注@@@@。

在@@我国@@，根据国家发改委的@@统计数据@@，截至@@@@2022年@@底@@，全国已投运新型@@@@储@@能@@@@项目装机规模达@@870万@@千瓦@@，平均@@储@@能@@@@时@@长约@@2.1小时@@@@，比@@2021年@@底@@增长@@110%以@@上@@@@；从@@2022年@@新增装机技术@@占比@@来看@@，锂离子电池储@@能@@@@技术@@占比@@达@@94.2%，占据市场@@主导地位@@。

从@@系统@@规模来看@@，相较@@@@于工商业@@储@@能@@@@系统@@@@和@@移动@@储@@能@@@@系统@@@@@@，应用@@于电网@@负荷@@调整的@@储@@能@@@@系统@@@@均属于大@@型@@储@@能@@@@系统@@@@@@，通常@@以@@集装箱作为@@@@载体@@，在@@其@@中@@@@组装@@了@@电池系统@@@@、能@@量管理系统@@@@、电池管理系统@@@@(BMS)、变流器@@系统@@@@(PCS)、冷却系统@@@@、消防系统@@以@@及照明和@@监控系统@@@@。这些@@大@@型@@储@@能@@@@系统@@@@既可以@@用于清洁能@@源@@发电端@@，也@@可以@@用于用户端的@@电力@@辅助和@@分@@时@@用电@@。

储@@能@@@@系统@@@@的@@性能@@@@高@@低@@主要决定@@于系统@@中@@@@的@@元器件@@@@。综合器件@@的@@@@性能@@@@特点@@和@@储@@能@@@@系统@@@@需求来看@@，SiC（碳化硅@@）MOSFET是@@一个@@@@理想的@@选择@@，可以@@用于电池充放电控制和@@能@@量管理@@。其@@低@@导通@@压降和@@高@@功率@@密度@@@@@@特性@@使@@其@@能@@够实现高@@效@@的@@能@@量@@转换@@和@@快@@速响应@@。并且@@@@，SiC MOSFET具有@@@@低@@漏电流@@特性@@@@，让系统@@损耗@@得以@@进一步减少@@@@。

下面我们为@@大@@家推荐一款来自安森美@@的@@@@NXH006P120MNF2PTG半桥@@SiC模块@@，该@@器件@@在@@贸泽电子@@@@官网@@上@@的@@料号为@@@@NXH006P120MNF2PTG。

图@@4：NXH006P120MNF2PTG半桥@@SiC模块@@（图@@源@@@@：贸泽电子@@@@）

如@@下@@图@@@@所示@@@@，NXH006P120MNF2PTG半桥@@SiC模块@@具有@@@@两个@@@@6mΩ 1200V SiC MOSFET开关和@@@@1个@@热@@敏电阻@@@@@@，采用@@F2封装@@。器件@@内@@部@@的@@@@SiC MOSFET开关使@@用@@@@M1技术@@，由@@18V-20V栅极@@驱动@@@@@@。另外@@@@，NXH006P120MNF2模块@@采用@@平面技术@@@@，裸片热@@阻低@@@@，因此@@可靠@@性高@@@@。

图@@5：NXH006P120MNF2PTG系统@@框图@@@@（图@@源@@@@：安森美@@）

在@@应用@@方面@@，除@@了@@@@可用于@@电网@@端的@@大@@型@@储@@能@@@@系统@@@@@@，NXH006P120MNF2PTG半桥@@SiC模块@@面向@@的@@应用@@场景还包括@@@@DC-AC转换@@、DC-DC转换@@、AC-DC转换@@ 、UPS、电动@@汽车@@@@充电站和@@太阳能@@@@逆变@@器@@等@@。

强@@化传统电网@@的@@基@@础设施@@

我们上@@述提到@@了@@多项可用于@@多元融合高@@弹性电网@@的@@关键技术@@@@，比@@如@@@@系统@@级模型@@构建技术@@@@、云计算@@技术@@和@@大@@数据技术@@@@等@@，让我们能@@够清晰地认识到@@@@，多元融合高@@弹性电网@@是@@一种高@@度@@依赖数据系统@@的@@新型@@@@电网@@@@。

从@@复杂度@@上@@讲@@，由@@于@@融合了@@新能@@源@@@@、物联网@@@@、储@@能@@@@和@@人工智能@@等创新技术@@@@，多元融合高@@弹性电网@@相较@@@@于传统电网@@会更加复杂@@。而@@在@@这套复杂的@@系统@@中@@@@@@，需要提前将@@一些功能@@@@单元和@@负载保护起来@@，让它们免受电网@@波动@@和@@雷击浪涌@@、高@@压冲击等伤害@@，这便是@@隔离器件@@在@@电网@@中@@起到@@的@@作用@@。同时@@@@，有@@了@@隔离器件@@@@，多元融合高@@弹性电网@@的@@运维也@@更加高@@效@@和@@安全@@。

接下来我们介绍@@的@@器件@@便是@@一款隔离器@@，来自制造@@商@@TI，贸泽电子@@@@官网@@上@@该@@器件@@的@@@@料号为@@@@ISOW7721DFMR。

图@@6：ISOW7721双通道@@数字隔离器@@（图@@源@@@@：贸泽电子@@@@）

TI 的@@ISOW7721双通道@@数字隔离器@@是@@一款电流@@隔离数字隔离器@@，集成了@@低@@排放高@@效@@功率@@转换@@器@@，能@@够提供@@高@@达@@@@550mW隔离电源@@@@。该@@功能@@@@消除@@了@@@@在@@空间@@受限的@@隔离式@@设计@@中@@对@@单独的@@隔离式@@电源@@的@@需求@@@@。在@@隔离性能@@@@上@@@@，该@@器件@@提供@@增强@@型@@和@@@@基@@础型@@隔离选项@@@@。

图@@7：ISOW7721双通道@@数字隔离器@@系统@@框图@@@@@@（图@@源@@@@：TI）

ISOW7721拥有@@高@@效@@率@@输出@@功率@@@@，最大@@@@负载时@@的@@@@效率@@@@为@@@@46%，可提供@@@@高@@达@@@@0.55W的@@输出@@功率@@@@，VISOOUT精度@@为@@@@±5%，可用负载电流@@高@@达@@@@110mA（5V至@@5V时@@）、140mA（5V至@@3.3V时@@）或@@者@@60mA（3.3V至@@3.3V时@@）。如@@果@@需要额外@@功率@@@@，ISOW7721支持多器件@@连接@@@@，在@@系统@@中@@@@使@@用@@两个@@器件@@将@@集成功率@@输出@@提高@@@@到@@@@>1W和@@>200mA。

除@@了@@@@可用于@@电网@@基@@础设施@@，ISOW7721还可应用@@于电机控制@@、工业@@自动@@化@@、医疗设备和@@测试@@测量等领域@@@@。

建设多元融合高@@弹性电网@@乃大@@势所趋@@

能@@源@@技术@@@@、通信技术@@@@、控制技术@@等领域@@的@@高@@速发展@@，让建设多元融合高@@弹性电网@@成为@@@@可能@@@@。在@@全球主要国家和@@地区推动@@@@“双碳目标@@@@”落地的@@过程中@@@@，建设多元融合高@@弹性电网@@也@@有@@其@@必要性@@，是@@提升电能@@稳定供应的@@有@@效手段@@。随着@@相关@@项目逐步落地@@，电网@@将@@逐步体现出@@经济高@@效@@@@、绿色低@@碳的@@优良特性@@@@。

不过@@，必须要强@@调的@@是@@@@，多元融合高@@弹性电网@@并不是@@对@@@@现有@@电网@@进行粗暴的@@改造@@，这样@@做往往会事倍@@功半@@。多元融合高@@弹性电网@@是@@对@@@@电网@@@@“源@@-网@@-荷@@-储@@”进行全面的@@智能@@化升级@@，需要因地制宜@@，将@@存量资源@@和@@增量资源@@有@@机结@@合@@，这才是@@真正的@@柔性电网@@@@，真正的@@可持续发展@@。

本文转载自@@：贸泽电子@@@@微信公众号@@@@

绝缘栅双极晶体管@@@@(IGBTs)简史@@

judy — Fri, 14 Jul 2023 02:00:46 +0000

作者@@： Stephen Russell，来源@@@@： TechInsights微信公众号@@

一年@@的@@@@结@@束通常@@是@@回顾和@@反思的@@时@@候@@。在@@TechInsights 2021年@@底@@发布的@@@@功率@@半导体@@@@188金宝搏@@ 中@@，我们总@@结@@@@了@@@@SiC MOSFET设计@@的@@一些最新发展@@[1]。

尽管@@人们对@@宽带隙@@(WBG)功率@@半导体@@器件@@@@感到@@兴奋@@，但@@硅基@@绝缘栅双极晶体管@@@@@@(IGBTs)在@@今天@@比@@以@@往任何时@@候都@@更加重要@@。在@@我们@@10月@@份发布的@@@@电动@@汽车@@@@电力@@电子@@报告@@@@[2]中@@，TechInsights预测@@，xEV轻型@@汽车@@动@@力@@总@@成的@@产量将@@从@@@@2020年@@的@@@@910万@@增长到@@@@2026年@@的@@@@4310万@@，这使@@@@得@@@@其@@复合年@@增长率@@(CAGR)达到@@@@25%。SiC MOSFET目前@@预计占市场@@的@@约@@26%，到@@2029年@@预计将@@占市场@@份额的@@@@50%。

迄今为@@止@@，英@@飞@@凌@@@@已经发布了@@七代@@IGBT技术@@。在@@过去的@@二十年@@里@@，TechInsights已经分@@析并分@@类了@@这些@@器件@@的@@@@所有@@@@@@主要创新@@，那我们来回顾一下我们所看到@@的@@进展@@。

早前@@，英@@飞@@凌@@@@发布了@@其@@@@“电动@@传动@@系统@@@@(EDT2)”系列@@的@@更多部@@件@@。虽然@@不是@@新一代@@，但@@它是@@最新@@IGBT7技术@@的@@汽车@@迭代@@。它们已经在@@市场@@上@@广受接纳@@。英@@飞@@凌@@@@于去年@@宣布@@，中@@国领先的@@逆变@@器@@供应商@@英@@博尔率先在@@其@@产品@@中@@采用@@@@EDT2 IGBT系列@@[3]。

我们已经从@@这个@@系列@@中@@@@看到@@了@@@@IGBT的@@两种@@变体@@：

一款分@@立@@产品@@@@(AIKQ120N75CP2XKSA1)，适用于@@从@@牵引变流器@@到@@@@DC-link放电开关的@@一系列@@汽车@@应用@@@@。

- 具有@@@@750 V VCE, VCE(SAT)= 1.3 V(典型@@@@@ 25°C, VGS = 15 V)，并与@@@@Si基@@PiN二极管@@共封装@@@@，以@@提供@@反向@@传导性能@@@@@@。

FF300R08W2P2_B11A模块@@针对@@@@牵引逆变@@器@@@@

- 具有@@@@四个@@@@750 V VCE, VCE(SAT) = 1.0 V(典型@@@@@ 25°C, VGS = 15 V) EDT2系列@@IGBTs。在@@半桥@@配置中@@@@，四个@@基@@于@@@@Si的@@PiN二极管@@提供@@@@300 A的@@模块@@额定@@电流@@@@@@。
这两种@@产品@@的@@详细分@@析都@@可以@@在@@@@@@TechInsights的@@分@@析@@师@@dropbox的@@power essentials订阅中@@看到@@@@。

表@@1记录了@@我们多年@@@@来@@分@@析的@@各种@@英@@飞@@凌@@@@@@IGBTs，以@@及它们的@@一些显著特征@@，一直@@追溯到@@第一代@@的@@原始版本@@。

表@@1: TechInsights对@@英@@飞@@凌@@@@@@IGBTs的@@分@@析@@、报告@@参考和@@值@@得注@@意的@@创新@@

关于@@IGBT
多年@@@@来@@，关于@@谁@@“发明@@”了@@IGBT一直@@存在@@@@一些争议@@，我们不会在@@@@这里@@深入探讨@@。最广泛的@@共识是@@@@Jayant Baliga教授@@(他仍然在@@该@@领域非常活跃@@，现在@@@@是@@北卡罗莱纳州立大@@学功率@@半导体@@研究中@@心的@@主任@@)。20世纪@@80年@@代初@@，他在@@通用电气公司@@广泛从@@事@@IGBT技术@@的@@研究和@@开发@@。

从@@结@@构@@上@@讲@@，IGBT只是@@一个@@@@功率@@垂直@@扩散@@(VD-MOSFET)，底部@@有@@一个@@@@@@P-type集电极@@而@@并不是@@一个@@@@@@N+漏极触点@@@@，使@@其@@成为@@@@一个@@@@双极器件@@@@。尽管@@有@@人说这是@@@@对@@其@@功能@@@@的@@过度@@简化@@。

IGBT可以@@用几种方式@@进行解释和@@建模@@；我的@@偏好@@是@@作为@@@@一个@@@@@@MOSFET驱动@@@@的@@双极晶体管@@@@(BJT)。将@@双极晶体管@@的@@功率@@@@能@@力@@与@@@@MOSFET的@@简单驱动@@@@需求和@@低@@关闭@@状态@@（low off-state）功耗相结@@合@@。在@@正向@@传导过程中@@@@，电子@@从@@顶部@@@@MOSFET“注@@入@@”到@@漂移区@@，空穴从@@@@底部@@@@P+集电极@@“注@@入@@”，如@@图@@@@1所示@@。

图@@1：IGBT的@@基@@本结@@构@@@@，包括@@MOSFET和@@BJT188足彩外@@围@@app

这个@@结@@构@@中@@有@@许多@@复杂的@@微妙之处@@，这里无法一一介绍@@。例@@如@@@@，还存在@@@@由@@@@N+触点@@/P type基@@极@@/ N-type漂移形成的@@寄生双极晶体管@@以@@及寄生晶闸管@@(添加底部@@@@P+集电极@@触点@@@@)。关于@@这些@@错综复杂的@@问@@题@@@@，有@@好@@几本教材都@@是@@@@@@Baliga教授@@自己写的@@@@![4]

与@@功率@@@@MOSFET相比@@@@，IGBT具有@@@@几个@@优点@@。主要是@@前面提到@@的@@双极作用@@，它们是@@@@少@@数载流子@@器件@@@@，这意味着@@@@电子@@和@@空穴都@@在@@载流子输运中@@活跃@@。这有@@点违反常理@@，人们可能@@会想象这些@@载流子都@@在@@漂移区域内@@重新组合@@，相互抵消@@。

这并没@@有@@错@@，但@@是@@@@有@@一个@@@@被称为@@载流子寿命的@@特性@@@@，在@@此期间重组需要发生@@。假设这足够高@@@@，电子@@和@@空穴共存足够的@@时@@间@@在@@漂移区域@@，以@@创建一个@@@@@@“电子@@-空穴等离子体@@”，有@@效地降低@@@@该@@区域的@@电阻@@到@@一个@@@@显着低@@于功率@@@@MOSFET的@@水平@@，反过来降低@@@@器件@@电阻@@和@@提高@@@@其@@实际电压@@能@@力@@@@。

也@@有@@一些缺点需要考虑@@。

当@@栅极@@@@关闭@@且@@@@VCE正向@@偏置时@@@@，IGBT具有@@@@正向@@阻塞能@@力@@@@。然而@@@@，由@@于@@在@@@@P+集电极@@/ N-type漂移区存在@@@@有@@效的@@二极管@@@@，因此@@既没@@有@@反向@@阻塞也@@没@@有@@反向@@传导@@。因此@@，有@@必要在@@反并行配置@@(也@@称为@@快@@速恢复二极管@@@@(FReD))中@@共同封装@@额外@@的@@自由@@旋转二极管@@@@(FWD)。

该@@背面集电极@@二极管@@提供@@@@了@@一个@@@@@@~0.7 V的@@器件@@导通@@基@@础的@@物理结@@构@@@@。也@@就是@@说@@，再多的@@优化@@也@@无法克服这一点@@。这也@@是@@我们不从@@导通@@电阻@@@@@@(RDS(ON)),的@@角度@@讨论@@IGBTs的@@原因@@，而@@是@@使@@@@用饱和@@电压@@@@(VCE(SAT))作为@@@@性能@@@@指标@@@@。

电子@@空穴等离子体@@的@@存在@@@@从@@根本上@@改善了@@器件@@的@@@@传导性能@@@@@@，但@@对@@开关有@@负面影响@@，存在@@@@“尾电流@@@@”(与@@载流子重组相关@@的@@关断@@时@@@@间的@@延长@@)。

因此@@，IGBTs在@@中@@功率@@@@/中@@频应用@@中@@@@找到@@了@@一个@@@@利基@@市场@@@@，占据了@@包括@@汽车@@牵引市场@@在@@内@@的@@@@关键领域@@。图@@2显示@@了@@@@根据功率@@水平和@@频率工作的@@一些关键电力@@电子@@应用@@空间@@@@，以@@及最合适的@@技术@@@@。请注@@意@@Si MOSFETs, IGBTS, SiC和@@GaN在@@汽车@@领域的@@重叠@@，每个@@制造@@商都@@希望在@@这个@@关键的@@增长市场@@中@@分@@得一杯羹@@。

图@@2 a)按功率@@@@/频率划分@@的@@电力@@电子@@应用@@@@ b)最适合@@的@@技术@@@@

总@@结@@@@
希望这篇@@188金宝搏@@ 能@@够说明@@IGBTs不仅在@@固态电力@@电子@@解决方案的@@发展中@@发挥了@@重要作用@@，而@@且@@@@将@@在@@未来十年@@甚至@@更长时@@间@@内@@继续发挥作用@@。

请务必持续关注@@@@TechInsights发布的@@@@Part 2，我们将@@介绍@@IGBT技术@@的@@早期发展@@，从@@punch-through (PT)到@@第一代@@non-punch-through (NPT)设计@@。TechInsights将@@讨论各自的@@优点以@@及我们在@@分@@析过程中@@发现的@@一些深入洞察@@。

References:

[1] 188金宝搏@@ - Reviewing Approaches to SiC MOSFET Cell Design: https://library.techinsights.com/reverse-engineering/blog-viewer/62936#n...

[2]报告@@- Electric Vehicle Power Electronics: Increasing Use of 800 Volts, Integrated Designs and Silicon Carbide: https://library.techinsights.com/strategy-analytics/analysis-view/EVS-22...

[3]https://www.infineon.com/cms/cn/about-infineon/press/market-news/2022/IN...

[4] https://www.sciencedirect.com/book/9781455731435/the-igbt-device

深度@@剖析@@ IGBT 栅极@@驱动@@@@@@注@@意事项@@

judy — Mon, 10 Jul 2023 06:51:57 +0000

IGBT晶体管@@的@@结@@构@@@@要比@@@@ MOSFET 或@@双极结@@型@@晶体管@@@@ (BJT) 复杂得多@@。它结@@合了@@这两种@@器件@@的@@@@特点@@@@，并且@@@@有@@三个@@@@端子@@：一个@@@@栅极@@@@、一个@@@@集电极@@和@@一个@@@@@@发射极@@@@。就栅极@@驱动@@@@@@而@@言@@@@，该@@器件@@的@@@@行为@@@@类似@@于@@ MOSFET。它的@@载流路@@径与@@@@ BJT 的@@集电极@@@@-发射极@@路@@径非常相似@@。图@@ 1 显示@@了@@@@ n 型@@ IGBT 的@@等效器件@@电路@@@@@@。

图@@ 1. IGBT的@@等效电路@@@@@@@@

了@@解基@@本驱动@@@@器@@@@

图@@ 2. IGBT的@@导通@@@@电流@@@@

为@@了@@快@@速导通@@和@@关断@@@@@@ BJT，必须在@@每个@@方向@@上@@硬驱动@@@@栅极@@电流@@@@，以@@将@@载流子移入和@@移出@@基@@极@@区@@。当@@ MOSFET 的@@栅极@@被驱动@@@@为@@高@@电平@@时@@@@，会存在@@@@一个@@@@从@@双极型@@晶体管@@的@@基@@极@@到@@其@@发射极@@的@@低@@阻抗路@@径@@。这会使@@晶体管@@快@@速导通@@@@。因此@@，栅极@@电平@@被驱动@@@@得越高@@@@，集电极@@电流@@@@开始流动@@@@的@@速度@@就会越快@@@@。基@@极@@和@@集电极@@@@电流@@@@如@@图@@@@@@ 2 所示@@。

图@@ 3. IGBT的@@关断@@电流@@@@

关断@@场景有@@点不同@@，如@@图@@@@ 3 所示@@。当@@ MOSFET 的@@栅极@@电平@@被拉低@@时@@@@，BJT 中@@将@@没@@有@@基@@极@@电流@@的@@电流@@@@路@@径@@。基@@极@@电流@@的@@缺失会诱发关断@@过程@@；不过@@，为@@了@@快@@速关断@@@@，应强@@制电流@@进入基@@极@@端子@@。由@@于@@没@@有@@可用的@@机制将@@载流子从@@基@@极@@扫走@@，因此@@ BJT 的@@关断@@相对@@@@较@@慢@@@@。这导致了@@一种被称为@@尾电流@@@@的@@现象@@，因为@@@@基@@极@@区中@@存储@@的@@电荷@@必须被发射极@@电流@@扫走@@。很明显@@，更快@@的@@栅极@@驱动@@@@@@@@ dv/dt 速率@@（源@@于更高@@的@@栅极@@电流@@能@@力@@@@）将@@会更快@@地接通和@@关断@@@@@@ IGBT，但@@对@@于@@器件@@的@@@@开关速度@@@@@@（特别是@@@@关断@@速度@@@@）而@@言@@，是@@存在@@@@固有@@限制的@@@@。正是@@由@@@@于这些@@限制@@，开关频率通常@@在@@@@ 20kHz 至@@ 50kHz 范围内@@@@，尽管@@在@@特殊情况下@@它们也@@可以@@用于更快@@和@@更慢@@的@@电路@@@@@@。IGBT 通常@@用于谐振和@@硬开关拓扑@@中@@的@@@@高@@功率@@@@ (Po > 1 kW) 电路@@@@。谐振拓扑@@最大@@@@程度@@降低@@@@了@@开关损耗@@@@@@，因为@@@@它们要么是@@零电压@@开关@@，要么是@@零电流@@开关@@。较@@慢@@的@@@@ dv/dt 速率@@可以@@提高@@@@@@ EMI 性能@@@@（当@@涉及这方面问@@题时@@@@），并在@@导通@@和@@关断@@@@转换@@期间减少@@尖峰的@@形成@@。这是@@@@以@@降低@@@@效率@@为@@代价的@@@@，因为@@@@此时@@@@导通@@和@@关断@@@@的@@时@@间@@会比@@较@@@@长@@。 二次导通@@@@ MOSFET 存在@@@@一种称为@@二次导通@@@@的@@现象@@。这是@@@@由@@@@于漏电压@@的@@@@ dv/dt 速率@@非常快@@@@，其@@范围可以@@在@@@@@@ 1000–10000 V/us 之间@@。尽管@@ IGBT 的@@开关速度@@@@通常@@不如@@@@ MOSFET 快@@，但@@由@@于@@@@所使@@用@@的@@是@@高@@电压@@@@，因此@@它们仍然可以@@遭遇非常高@@的@@@@ dv/dt 电平@@。如@@果@@栅极@@电阻@@过高@@@@，就会导致二次导通@@@@@@。

图@@ 4. 带有@@寄生电容@@的@@@@IGBT

在@@这种情况下@@@@，当@@驱动@@@@器@@将@@栅极@@电平@@拉低@@时@@@@，器件@@开始关断@@@@，但@@由@@于@@@@ Cgc 和@@ Cge 分@@压器的@@原因@@@@，集电极@@上@@的@@电压@@升高@@会在@@@@栅极@@上@@产生电压@@@@。如@@果@@栅极@@电阻@@过高@@@@，栅极@@电压@@可升高@@到@@足以@@使@@器件@@重新导通@@@@。这将@@导致大@@功率@@脉冲@@@@，从@@而@@@@可能@@引发过热@@@@，在@@某些情况下@@@@甚至@@会损坏器件@@@@。该@@问@@题的@@限制公式@@@@为@@@@：其@@中@@@@，

dv/dt 为@@关断@@时@@@@集电极@@上@@电压@@波形@@上@@升的@@速率@@@@

图@@片为@@栅极@@@@的@@平台@@电平@@@@

Rg为@@总@@栅极@@电阻@@@@

Cgc 为@@栅极@@@@-发射极@@电容@@

应注@@意@@，数据表@@上@@的@@@@ Ciss 是@@ Cge 和@@ Cgc 电容的@@并联等效值@@@@。类似@@地@@，Rg 是@@栅极@@驱动@@@@@@器@@阻抗@@、物理栅极@@电阻@@和@@内@@部@@栅极@@电阻@@的@@串联和@@@@。内@@部@@栅极@@电阻@@有@@时@@可根据数据表@@计算@@出@@来@@。如@@果@@计算@@不出@@来@@，可通过@@以@@下@@方式@@进行测量@@：使@@用@@ LCR 电桥并使@@集电极@@@@@@-发射极@@引脚@@短@@路@@@@@@，然后@@@@在@@接近开关频率的@@频率下测量等效串联@@ RC。如@@果@@使@@用@@的@@是@@@@ FET 输出@@级@@，则可以@@在@@@@其@@数据表@@中@@找到@@驱动@@@@器@@阻抗@@。如@@果@@无法在@@数据表@@上@@找到@@@@，可通过@@将@@峰值@@驱动@@@@电流@@取为@@其@@额定@@@@ VCC 电平@@来进行近似计算@@@@。因此@@，最大@@@@总@@栅极@@电阻@@为@@@@：最大@@@@ dv/dt 是@@基@@于@@栅极@@驱动@@@@@@电流@@以@@及@@ IGBT 周围的@@电路@@@@阻抗@@。如@@果@@将@@高@@值@@电阻@@器用于栅极@@驱动@@@@@@@@，则需要在@@实际电路@@@@中@@@@进行验证@@。图@@ 5 显示@@了@@@@同一电机控制电路@@@@中@@@@三个@@@@不同@@ IGBT 的@@关断@@波形@@@@@@。在@@此应用@@中@@@@@@，dv/dt 为@@ 3500 V/s。

图@@ 5. 三个@@@@IGBT的@@关断@@波形@@@@@@

对@@于@@该@@情况而@@言@@@@，IGBT #2 的@@典型@@@@@@ Cgc 为@@ 84 pF，而@@阈值@@栅极@@电压@@为@@@@@@ 7.5 V（在@@ 15 A 的@@条件@@下@@@@）。利用上@@述公式@@@@@@，该@@电路@@@@的@@最大@@@@总@@栅极@@电阻@@为@@@@@@： Rg < 25.5 Ω。因此@@，如@@果@@内@@部@@栅极@@电阻@@为@@@@ 2Ω，驱动@@@@器@@阻抗为@@@@ 5Ω，则所使@@用@@的@@绝对@@最大@@@@@@栅极@@电阻@@应为@@@@ 18Ω。实际上@@@@，由@@于@@ IGBT、驱动@@@@器@@、板@@阻抗和@@温度@@@@的@@变化@@，建议采用@@一个@@@@较@@小的@@最大@@@@值@@@@@@（例@@如@@@@ 12Ω）。

图@@ 6. 等效栅极@@驱动@@@@@@电路@@@@@@

栅极@@振铃@@ 去除@@外@@部@@栅极@@电阻@@器可能@@会获得最佳的@@高@@频性能@@@@@@，同时@@@@确保@@不会发生二次导通@@@@@@。在@@某些情况下@@@@，这可能@@会起作用@@，但@@也@@可能@@由@@于@@栅极@@驱动@@@@@@电路@@@@中@@@@的@@@@阻抗而@@导致振荡@@。栅极@@驱动@@@@@@电路@@@@为@@串联@@ RLC 谐振电路@@@@@@。电容主要源@@于@@ IGBT 寄生电容@@。所示@@的@@两个@@电感则源@@自@@ IGBT 和@@驱动@@@@器@@的@@板@@走线电感与@@焊线电感的@@组合@@。在@@栅极@@电阻@@很小或@@没@@有@@栅极@@电阻@@的@@情况下@@@@@@，谐振电路@@@@@@将@@会振荡并造成@@ IGBT 中@@的@@@@高@@损耗@@@@。此时@@@@需要有@@足够大@@的@@栅极@@电阻@@来抑制谐振电路@@@@@@@@，从@@而@@@@消除@@振荡@@。由@@于@@电感难以@@测量@@，因此@@也@@就很难计算@@适合@@的@@电阻@@@@。要最大@@@@程度@@降低@@@@所需的@@@@最小@@栅极@@电阻@@@@，最佳方案是@@采用@@良好@@的@@布局程序@@。驱动@@@@器@@与@@@@ IGBT 栅极@@之间@@的@@路@@径应尽可能@@短@@@@。这适用于@@栅极@@驱动@@@@@@的@@整个@@电路@@@@路@@径以@@及接地回路@@路@@径@@。如@@果@@控制器不包括@@集成驱动@@@@器@@@@，则将@@@@ IGBT 驱动@@@@器@@置于@@ IGBT 的@@栅极@@附近@@要比@@将@@栅极@@驱动@@@@@@器@@的@@输入置于控制器的@@@@ PWM 输出@@端@@更为@@重要@@。从@@控制器到@@驱动@@@@器@@的@@电流@@@@非常小@@@@，因此@@相比@@@@从@@驱动@@@@器@@到@@@@ IGBT 的@@高@@电流@@和@@高@@@@ di/dt 电平@@所造成的@@影响@@@@，任何杂散电容的@@影响@@都@@要小得多@@@@。短@@而@@宽的@@走线是@@最大@@@@程度@@降低@@@@电感的@@最佳方式@@@@。典型@@@@的@@@@最小@@驱动@@@@器@@电阻@@范围为@@@@ 2Ω至@@ 5Ω。这其@@中@@@@包括@@驱动@@@@器@@阻抗@@、外@@部@@电阻@@值@@和@@内@@部@@@@ IGBT 栅极@@电阻@@值@@@@。一旦设计@@好@@板@@的@@布局@@，即@@可确定并优化@@栅极@@电阻@@值@@@@@@。 总@@结@@@@ 本文给出@@了@@最大@@@@和@@最小@@栅极@@电阻@@值@@@@的@@指南@@。在@@这些@@限值@@之间@@有@@一个@@@@取值@@范围@@，藉此可以@@对@@电路@@@@进行调谐@@，从@@而@@@@获得最大@@@@效率@@@@、最小@@ EMI 或@@其@@他重要参数@@。在@@电路@@@@设计@@中@@取一个@@@@介于这些@@极值@@之间@@的@@安全值@@可确保@@设计@@的@@稳健@@。 参考文献@@ [1]《Power Semiconductor Devices》（功率@@半导体@@器件@@@@），B. Jayant Baliga，PWS Publishing Company，Boston。ISBN 0−534−94098−6 文章来源@@@@@@：安森美@@

碳化硅@@如@@何最大@@@@限度@@提高@@@@可再生能@@源@@系统@@的@@效率@@@@@@

judy — Thu, 06 Jul 2023 06:25:26 +0000

全球范围内@@@@正在@@经历一场能@@源@@革命@@。根据国际能@@源@@署的@@报告@@@@，到@@ 2026 年@@，可再生能@@源@@将@@占全球能@@源@@增长量的@@大@@约@@ 95%。太阳能@@@@将@@占到@@这@@ 95% 中@@的@@@@一半以@@上@@@@@@。

如@@今@@，在@@远大@@的@@清洁能@@源@@目标@@和@@政府政策的@@驱动@@@@下@@，太阳能@@@@、电动@@汽车@@@@ (EV) 基@@础设施和@@储@@能@@@@领域不断加快@@采用@@可再生能@@源@@@@。可再生能@@源@@的@@逐渐普及也@@为@@在@@工业@@@@、商业@@和@@住宅应用@@中@@@@部@@署功率@@转换@@系统@@提供@@了@@更多机会@@。采用@@碳化硅@@@@ (SiC) 等宽带隙器件@@@@，可帮助设计@@人员平衡四大@@性能@@@@指标@@@@：效率@@、密度@@@@、成本和@@可靠@@性@@。

SiC 相比@@@@传统基@@于@@@@ IGBT 的@@电源@@应用@@在@@可再生能@@源@@系统@@中@@@@的@@优势@@

SiC 电源@@开关和@@@@@@绝缘栅双极晶体管@@@@@@ (IGBT) 是@@可再生能@@源@@系统@@等高@@功率@@应用@@的@@常用电源@@开关@@。图@@ 1 展示了@@@@ SiC 电源@@开关和@@@@@@ IGBT 的@@典型@@@@@@开关频率和@@功率@@@@级@@别@@。两者均可适用于@@@@ 1kW 及以@@上@@@@@@的@@功率@@@@级@@别@@。

图@@ 1：电源@@开关的@@典型@@@@@@工作范围@@

SiC 电源@@开关与@@@@ IGBT 等传统硅电源@@开关相比@@@@@@，在@@高@@功率@@可再生能@@源@@应用@@中@@@@具有@@@@诸多性能@@@@优势@@。

第一个@@@@性能@@@@优势是@@相对@@@@于@@ IGBT 具有@@@@更低@@的@@电阻@@和@@电容@@，可降低@@@@功率@@损耗@@并有@@助于提升效率@@@@。SiC 电源@@开关可支持远高@@于@@ IGBT 的@@开关速度@@@@，从@@而@@@@帮助降低@@@@开关损耗@@@@并提升功率@@转换@@效率@@@@@@。这意味着@@@@更高@@的@@能@@源@@产量@@，最大@@@@限度@@提升功率@@转换@@器的@@输出@@@@，在@@光伏@@逆变@@器@@@@、储@@能@@@@系统@@@@或@@直@@流快@@充电源@@模块@@等@@可再生能@@源@@系统@@中@@@@至@@关重要@@。

很多可再生能@@源@@应用@@的@@运行@@面积较@@小@@，会产生大@@量热@@量@@，推动@@设计@@人员不断探寻缩减印刷电路@@@@板@@尺寸@@和@@最大@@@@程度@@进行散热@@的@@方法@@@@。SiC 比@@ IGBT 的@@工作温度@@@@@@高@@@@，使@@得@@ SiC 电源@@开关具有@@@@更高@@的@@热@@稳定性和@@机械稳定性@@，可实现更为@@紧凑的@@电力@@电子@@产品@@设计@@@@。

使@@用@@栅极@@驱动@@@@@@器@@驱动@@@@@@ SiC

基@@于@@ SiC 电源@@开关的@@特性@@@@，驱动@@@@ SiC 电源@@开关需要特殊考量@@。栅极@@驱动@@@@@@器@@选择会对@@@@ SiC 在@@应用@@中@@@@的@@@@性能@@@@产生合理范围内@@@@的@@影响@@@@。

SiC 电源@@开关需要能@@够处理高@@电压@@和@@额定@@电流@@@@的@@栅极@@驱动@@@@@@器@@@@。栅极@@驱动@@@@@@器@@必须提供@@足够的@@栅极@@电荷@@来切换@@ SiC 电源@@开关并防止产生电压@@尖峰@@。

与@@ IGBT 相比@@@@，SiC 电源@@开关更容易受到@@短@@路@@@@的@@影响@@@@，导致电力@@电子@@系统@@严重损坏@@。通常@@，IGBT 的@@短@@路@@@@耐受时@@间@@大@@约为@@@@@@ 10µs，而@@ SiC 的@@短@@路@@@@耐受时@@间@@大@@约为@@@@@@ 2µs。鉴于此@@，使@@用@@ SiC 电源@@开关进行设计@@时@@@@，务必要考虑添加提供@@去饱和@@或@@过流@@保护@@等特性@@的@@保护@@188足彩外@@围@@app 。部@@分@@@@栅极@@驱动@@@@@@器@@@@，如@@ UCC21710 栅极@@驱动@@@@@@器@@，具有@@@@内@@置@@的@@短@@路@@@@保护@@特性@@@@，可检测并响应短@@路@@@@事件@@@@。如@@需了@@解有@@关@@@@用于@@ SiC FET 的@@短@@路@@@@保护@@方法@@@@的@@更多信息@@@@，

请参阅@@应用@@手册@@“了@@解用于@@ SiC MOSFET 的@@短@@路@@@@保护@@方法@@@@”。

尽管@@ SiC 电源@@开关可在@@较@@高@@@@温@@度@@环境中@@运行@@@@，但@@监控@@ SiC 电源@@开关的@@热@@性能@@@@并防止过热@@仍然非常重要@@。除@@了@@@@内@@置@@的@@短@@路@@@@保护@@特性@@@@，UCC21710 还具有@@@@用于监控的@@集成传感器@@，无需部@@署分@@立@@式@@温度@@@@传感器@@。

结@@语@@

要充分@@利用可再生能@@源@@系统@@的@@电源@@输出@@@@，必须最大@@@@限度@@提高@@@@效率@@@@@@，同时@@@@实现成本@@、尺寸@@和@@可靠@@性的@@平衡@@。SiC 电源@@开关在@@高@@功率@@应用@@中@@@@具有@@@@诸多优势@@，是@@太阳能@@@@和@@电动@@汽车@@@@充电的@@理想选择@@。为@@最大@@@@程度@@地提升@@ SiC 对@@这些@@应用@@的@@影响@@力@@@@，TI 提供@@了@@针对@@@@@@ SiC 电源@@开关进行优化@@的@@栅极@@驱动@@@@@@器@@产品@@@@，这些@@栅极@@驱动@@@@@@器@@产品@@具有@@@@多个@@功率@@级@@别以@@及不同程度@@的@@集成保护@@，可帮助简化@@ SiC 电源@@设计@@@@。

其@@它资源@@@@

查看我们的@@@@隔离式@@栅极@@驱动@@@@@@器@@参考设计@@@@@@：

了@@解有@@关@@@@ UCC21710 单通道@@隔离式@@栅极@@驱动@@@@@@器@@的@@更多信息@@@@。

关于@@德州仪器@@@@（TI）

德州仪器@@（TI）（纳斯达克股票代码@@@@：TXN）是@@一家全球性的@@半导体公司@@@@，致力@@于设计@@@@、制造@@、测试@@和@@销售模拟@@和@@嵌入式@@处理芯片@@@@，用于工业@@@@、汽车@@、个@@人电子@@产品@@@@、通信设备@@和@@企业系统@@等市场@@@@。我们致力@@于通过@@半导体技术@@让电子@@产品@@更经济实用@@，创造一个@@@@更美好@@的@@世界@@。如@@今@@，每一代创新都@@建立在@@上@@一代创新的@@@@基@@础之上@@@@，使@@我们的@@@@技术@@变得更小@@巧@@、更快@@速@@、更可靠@@@@、更实惠@@，从@@而@@@@实现半导体在@@电子@@产品@@领域的@@广泛应用@@@@，这就是@@工程的@@进步@@。这正是@@我们数十年@@来乃至@@现在@@@@一直@@在@@做的@@事@@。欲了@@解更多@@信息@@@@，请访问@@@@公司@@网@@站@@www.ti.com.cn。

Nexperia推出@@新款@@@@600 V单管@@IGBT，可在@@电源@@应用@@中@@@@实现出@@色效率@@@@

judy — Wed, 05 Jul 2023 01:18:00 +0000

为@@功率@@电子@@设计@@人员提供@@带有@@全额快@@速恢复二极管@@的@@@@稳健型@@@@175℃标@@准@@IGBT。

基@@础半导体器件@@领域的@@高@@产能@@生产专家@@Nexperia今日@@宣布@@，将@@凭借@@600 V器件@@系列@@进军绝缘栅双极晶体管@@@@@@(IGBT)市场@@，而@@30A NGW30T60M3DF将@@打响进军市场@@的@@第一炮@@。Nexperia在@@其@@庞大@@的@@产品@@组合中@@增加@@了@@@@@@IGBT，满足@@了@@@@市场@@对@@于@@高@@效@@高@@压开关器件@@不断增长的@@需求@@以@@及在@@性能@@@@和@@成本方面的@@要求@@。这些@@器件@@有@@助于提高@@@@电源@@转换@@和@@电机驱动@@@@@@应用@@中@@@@的@@@@功率@@密度@@@@@@@@，包括@@工业@@电机驱动@@@@@@@@（例@@如@@@@5到@@20 kW (20 kHz)的@@伺服电机@@）、机器人@@、电梯@@、机器操作手@@、工业@@自动@@化@@、功率@@逆变@@器@@@@、不间断电源@@@@(UPS)、光伏@@(PV)串联组件@@、EV充电以@@及感应加热@@和@@焊接@@。

IGBT是@@一项相对@@@@成熟的@@@@技术@@@@。尽管@@如@@此@@，这些@@器件@@的@@@@市场@@预计将@@随着@@太阳能@@@@面板@@和@@电动@@汽车@@@@@@(EV)充电器的@@日@@益普及而@@有@@所增长@@。Nexperia的@@600 V IGBT采用@@稳健@@、经济高@@效@@的@@载流子储@@存沟槽栅场截止@@@@(FS)结@@构@@，在@@最高@@@@175℃的@@工作温度@@@@@@下可提供@@@@超低@@导通@@和@@开关损耗@@@@性能@@@@与@@高@@耐用性@@。这可提高@@@@功率@@逆变@@器@@@@@@、感应加热@@器@@、焊接设备和@@工业@@应用@@@@（如@@电机驱动@@@@@@@@和@@伺服@@、机器人@@、电梯@@、机器操作手@@和@@工业@@自动@@化@@等@@）的@@效率@@@@和@@可靠@@性@@。

设计@@人员可以@@在@@@@中@@速@@(M3)和@@高@@速@@(H3)系列@@IGBT之间@@自由@@选择@@。这些@@IGBT采用@@非常紧密的@@参数分@@布设计@@@@，允许多@@个@@器件@@安全地并联连接@@@@。此外@@@@，与@@竞品@@器件@@相比@@@@其@@热@@阻更低@@@@，因此@@能@@够提供@@更高@@的@@输出@@功率@@@@@@。这些@@IGBT还并联了@@全电流@@反向@@软快@@恢复二极管@@@@。这意味着@@@@它们适用于@@逆变@@器@@@@,整流器及双向@@变换电路@@@@应用@@@@，在@@过流@@条件@@下@@更加稳健@@。

Nexperia绝缘栅双极晶体管@@@@和@@模块@@业务部@@门总@@经理姜克博士表@@示@@@@：“Nexperia通过@@发布@@IGBT，为@@设计@@人员提供@@了@@更多的@@电源@@开关器件@@选择@@，以@@满足@@广泛的@@电源@@应用@@需求@@。IGBT是@@对@@@@Nexperia现有@@的@@@@@@CMOS和@@宽带隙开关器件@@系列@@产品@@的@@理想补充@@，Nexperia由@@此可为@@功率@@电子@@设计@@师提供@@一站式@@服务@@。”

这些@@IGBT采用@@无铅@@TO247-3L标@@准@@封装@@@@，并通过@@严苛的@@@@HV-H3TRB质量标@@准@@@@，适合@@室外@@应用@@@@。Nexperia计划在@@本次产品@@发布后@@将@@推出@@@@1200 V IGBT系列@@器件@@@@。欲了@@解有@@关@@@@@@Nexperia IGBT的@@更多信息@@，请访问@@@@：https://www.nexperia.com/igbts

关于@@Nexperia

Nexperia总@@部@@位于荷@@兰@@，是@@一家在@@欧洲拥有@@丰富悠久发展历史的@@全球性半导体公司@@@@，目前@@在@@欧洲@@、亚洲和@@美国共有@@@@15,000多名员工@@。作为@@@@基@@础半导体器件@@开发和@@生产的@@领跑者@@，Nexperia的@@器件@@被广泛应用@@于汽车@@@@、工业@@、移动@@和@@消费等多个@@应用@@领域@@，几乎为@@世界上@@所有@@@@电子@@设计@@的@@基@@本功能@@@@提供@@支持@@。

Nexperia为@@全球客户提供@@服务@@，每年@@的@@@@产品@@出@@货量超过@@@@1,000亿@@件@@。这些@@产品@@在@@效率@@@@（如@@工艺@@@@、尺寸@@、功率@@及性能@@@@@@）方面成为@@@@行业基@@准@@，获得广泛认可@@。Nexperia拥有@@丰富的@@@@IP产品@@组合和@@持续扩充的@@产品@@范围@@，并获得了@@@@IATF 16949、ISO 9001、ISO 14001和@@ISO 45001标@@准@@认证@@，充分@@体现了@@公司@@对@@于@@创新@@、高@@效@@、可持续发展和@@满足@@行业严苛要求的@@坚定承诺@@。

IGBT如@@何选择@@，你真的@@了@@解吗@@？

judy — Tue, 04 Jul 2023 06:23:35 +0000

本文作者@@@@：安森美@@产品@@线经理@@ Jinchang Zhou

最近@@，碳化硅@@ (SiC) 和@@氮化镓@@ (GaN) 等宽禁带半导体的@@应用@@日@@益增多@@，受到@@广泛关注@@@@。然而@@@@，在@@这些@@新技术@@出@@现之前@@，许多@@高@@功率@@应用@@都@@是@@@@使@@@@用高@@效@@@@、可靠@@的@@绝缘栅双极型@@晶体管@@@@@@ (IGBT)，事实上@@@@，许多@@此类应用@@仍然适合@@继续使@@用@@@@ IGBT。在@@本文中@@@@，我们介绍@@ IGBT 器件@@的@@@@结@@构@@@@和@@运行@@@@，并列举多种不同@@ IGBT 应用@@的@@电路@@@@拓扑@@@@结@@构@@@@，然后@@@@探讨这种多用途可靠@@技术@@的@@新兴拓扑@@结@@构@@@@@@。

IGBT 器件@@结@@构@@@@

简而@@言@@之@@，IGBT 是@@由@@@@ 4 个@@交@@替层@@ (P-N-P-N) 组成的@@功率@@@@半导体@@晶体管@@@@，通过@@施加于金属氧化物半导体@@ (MOS) 栅极@@的@@电压@@进行控制@@。这一基@@本结@@构@@经过逐渐调整和@@优化@@后@@@@，可降低@@@@开关损耗@@@@@@，且@@器件@@厚度@@更薄@@。近期推出@@的@@@@ IGBT 将@@沟槽栅与@@场截止@@结@@构@@相结@@合@@，旨在@@抑制固有@@的@@@@寄生@@ NPN 行为@@@@。该@@方法@@有@@助于降低@@@@器件@@的@@@@饱和@@电压@@和@@导通@@电阻@@@@@@，从@@而@@@@提升整体功率@@密度@@@@@@@@。

图@@ 1：沟槽场截止@@@@ IGBT 结@@构@@

应用@@与@@拓扑@@结@@构@@@@@@

如@@今@@，IGBT通常@@用于特定应用@@的@@拓扑@@结@@构@@@@@@，下面刘举了@@其@@中@@@@的@@几种@@。

1. 焊接机@@

如@@今@@许多@@焊接机@@使@@用@@逆变@@器@@@@，而@@非传统的@@@@焊接变压器@@@@，因为@@@@直@@流输出@@电流@@@@可以@@提高@@@@焊接过程的@@控制精度@@@@。使@@用@@逆变@@器@@还有@@其@@他优势@@，比@@如@@@@直@@流电流@@比@@交@@流电流@@安全@@，而@@且@@@@采用@@逆变@@器@@的@@焊接机@@具有@@@@更高@@的@@功率@@@@密度@@@@@@@@@@，因此@@重量更轻@@。功率@@级@@（单相或@@三相@@）将@@交@@流输入电压@@@@转换@@为@@逆变@@器@@的@@直@@流母线@@电压@@@@。输出@@电压@@通常@@为@@@@ 30 V，但@@一旦启动@@焊弧@@，在@@开路@@负载操作几乎低@@至@@@@ 0 V 的@@情况下@@@@（短@@路@@@@条件@@@@），输出@@电压@@可能@@高@@达@@@@ 60 V DC。

图@@ 2：焊接机@@框图@@@@

焊接逆变@@器@@中@@常用的@@拓扑@@结@@构@@@@包括@@全桥@@@@、半桥@@和@@双管正激@@，而@@恒定电流@@是@@最常用的@@控制方案@@。占空比@@因负载电平@@和@@输出@@电压@@而@@异@@@@。全桥@@和@@半桥@@拓扑@@@@结@@构@@@@的@@@@ IGBT 开关频率通常@@在@@@@ 20 至@@ 50 kHz 之间@@。

图@@ 3：全桥@@、半桥@@和@@双管正激@@拓扑@@结@@构@@@@@@

2. 电磁炉@@

电磁炉@@的@@原理是@@@@，当@@高@@磁导率材质的@@锅靠近线圈时@@@@，通过@@励磁线圈推动@@@@（或@@耦合@@）锅内@@的@@@@电流@@@@循环@@。其@@运行@@方式@@与@@变压器@@大@@致相同@@@@，其@@中@@@@线圈负责初级侧@@@@，电磁炉@@底部@@负责次级侧@@@@。产生的@@大@@部@@分@@@@@@热@@量来源@@@@于锅底层形成的@@涡电流@@循环@@。这些@@系统@@的@@能@@量@@传输效率@@约为@@@@ 90%，而@@顶部@@光滑的@@无感电器装置的@@能@@效仅为@@@@@@ 71%，相比@@@@之下@@，（对@@于@@同量热@@传递@@）前者可节省大@@约@@ 20% 的@@能@@量@@。逆变@@器@@将@@电流@@导入铜线圈@@，从@@而@@@@产生电磁场@@，电磁场穿透@@锅底@@，形成电流@@@@。产生的@@热@@量遵循焦耳效应@@公式@@@@@@，即@@锅的@@电阻@@乘以@@感应电流@@的@@平方@@。

图@@ 4：电磁炉@@框图@@@@

对@@于@@电磁炉@@@@，比@@较@@@@重要的@@要求包括@@@@：

高@@频开关@@

功率@@因数接近一@@

宽负载范围@@

感应加热@@应用@@的@@输出@@功率@@@@控制通常@@基@@于@@可变频@@率方案@@。这是@@@@一种根据负载或@@线路@@频率变化来应用@@的@@基@@本方法@@@@。然而@@@@，该@@方法@@存在@@@@一个@@@@主要缺点@@：若要在@@宽范围内@@@@控制输出@@功率@@@@，频率需要大@@幅变化@@。

感应加热@@最常用的@@拓扑@@结@@构@@@@基@@于@@谐振回路@@@@。谐振转换@@器的@@主要优势是@@高@@开关频率范围@@，同时@@@@能@@效不会降低@@@@@@。谐振转换@@器采用@@零电流@@开关@@ (ZCS) 或@@零电压@@开关@@ (ZVS) 等控制技术@@来降低@@@@功率@@损耗@@@@。谐振半桥@@@@ (RHB) 转换@@器和@@准谐振@@ (QR) 逆变@@器@@是@@备受欢迎的@@拓扑@@结@@构@@@@@@。RHB 结@@构@@的@@优势包括@@负载工作范围大@@@@，并且@@@@能@@够提供@@超高@@功率@@@@。

图@@ 5：RHB 和@@ QR 拓扑@@结@@构@@@@

QR 转换@@器的@@主要优势是@@成本较@@低@@@@@@，因此@@非常适合@@低@@至@@中@@功率@@范围@@（峰值@@功率@@高@@达@@@@ 2 kW）、工作频率@@介于@@ 20 至@@ 35 kHz 之间@@的@@应用@@@@。

3. 电机驱动@@@@@@

半桥@@转换@@器@@ (HB) 是@@电机驱动@@@@@@应用@@中@@@@一种最常见的@@拓扑@@结@@构@@@@@@，频率介于@@ 2kHz 至@@ 15kHz 之间@@。HB 输出@@电压@@取决于开关状态和@@电流@@@@极性@@。

图@@ 6：半桥@@拓扑@@@@结@@构@@@@显示@@正输出@@电流@@@@和@@负输出@@电流@@@@@@

考虑到@@电感负载@@@@，电流@@随@@后@@会增加@@@@。如@@果@@负载汲取正电流@@@@ (Ig>0)，它将@@流经@@ T1，为@@负@@载提供@@能@@量@@ (Vg)。相反@@，如@@果@@负载电流@@@@ Ig 为@@负@@，电流@@经由@@@@ D 流回@@，将@@能@@量返回至@@直@@流电源@@@@。同样@@，如@@果@@ T4 开通@@（且@@ T1 关闭@@），会有@@@@ −Vbus/2 的@@电压@@施加于负载@@，且@@电流@@会减小@@@@。如@@果@@ Ig 为@@正@@，电流@@流经@@ D4，将@@能@@量返回至@@母线电源@@@@。

适合@@IGBT应用@@的@@多电压@@等级拓扑@@结@@构@@@@@@

快@@速开关给@@ HB 拓扑@@结@@构@@@@带来的@@局限性包括@@@@：

只有@@@@两个@@输出@@电压@@等级@@

无源@@和@@有@@源@@@@@@188足彩外@@围@@app 受到@@应力@@@@

高@@开关损耗@@@@@@

栅极@@驱动@@@@@@难度@@加大@@@@

纹波电流@@升高@@@@

EMI变高@@@@

电压@@处理@@（无法与@@高@@电压@@母线结@@合使@@用@@@@）

器件@@串联增加@@了@@@@实施工作的@@复杂性@@

难以@@达到@@@@热@@平衡@@

高@@滤波@@要求@@

为@@了@@摆脱这些@@局限性@@，在@@不间断电源@@@@@@ (UPS) 和@@太阳能@@@@逆变@@器@@等应用@@中@@@@@@，采用@@新的@@@@多电压@@等级拓扑@@结@@构@@@@@@。常见结@@构@@包括@@单极性开关@@ I 型@@和@@@@ T 型@@转换@@器@@，它们能@@够在@@较@@高@@@@的@@母线电压@@@@下工作@@。随着@@可用输出@@状态增多@@，滤波@@器@@188足彩外@@围@@app 之间@@的@@电压@@相应减小@@@@，因此@@滤波@@损耗@@也@@更低@@@@，188足彩外@@围@@app 更小@@。开关损耗@@@@有@@所降低@@@@@@，而@@导通@@损耗@@@@则小幅增加@@@@（适合@@ 16kHz - 40kHz 的@@较@@高@@@@频率@@，可达到@@@@约@@ 98% 的@@高@@能@@效@@）。

图@@ 7：I 型@@和@@@@ T 型@@转换@@器@@拓扑@@结@@构@@@@@@

IGBT 的@@未来@@

尽管@@ IGBT 已经问@@世很多年@@@@@@，但@@该@@技术@@仍是@@许多@@高@@电压@@和@@电流@@@@应用@@的@@理想之选@@。IGBT 不仅越来越多地应用@@于传统设计@@@@，还应用@@于新设计@@@@，因为@@@@新推出@@的@@器件@@在@@不断地推动@@@@ Vcesat 降低@@@@至@@@@ 1V，并通过@@新型@@@@结@@构@@来提高@@@@电流@@密度@@@@和@@开关损耗@@@@@@。若要在@@使@@用@@@@ IGBT 的@@过程中@@获得最大@@@@效益@@，一个@@@@关键因素是@@先了@@解应用@@要求@@，然后@@@@选择合适的@@电路@@@@拓扑@@@@结@@构@@加以@@实施@@。

了@@解这些@@就可以@@搞懂@@ IGBT

judy — Mon, 19 Jun 2023 02:07:15 +0000

作者@@： Barley Li，来源@@@@：得捷电子@@@@DigiKey微信公众号@@

绝缘栅双极晶体管@@@@（IGBT, Insulated Gate Bipolar Transistor）是@@一种三端功率@@半导体@@器件@@@@@@，主要用作电子@@开关@@，在@@较@@新的@@@@器件@@中@@以@@结@@合高@@效@@和@@快@@速开关而@@闻名@@。IGBT通过@@在@@单个@@器件@@中@@组合用于控制输入的@@隔离栅极@@@@FET和@@作为@@@@开关的@@双极功率@@晶体管@@@@，将@@MOSFET的@@简单栅极@@驱动@@@@@@特性@@与@@双极晶体管@@的@@高@@电流@@和@@低@@饱和@@电压@@能@@力@@相结@@合@@。IGBT用于中@@到@@大@@功率@@应用@@@@，如@@开关电源@@@@@@、牵引电机控制和@@感应加热@@@@。

图@@1. IGBT 电路@@@@图@@符号@@

1. IGBT特点@@

IGBT具有@@@@栅极@@@@、集电极@@、发射极@@3个@@引脚@@@@。栅极@@与@@@@MOSFET相同@@，集电极@@和@@发射极@@与@@双极晶体管@@相同@@@@。IGBT与@@MOSFET一样通过@@电压@@控制端口@@，在@@N沟道@@型@@的@@情况下@@@@@@，对@@于@@发射极@@而@@言@@@@，在@@栅极@@施加正电压@@时@@@@，集电极@@-发射极@@导通@@@@，流过@@集电极@@电流@@@@@@。我们将@@另行介绍其@@工作和@@驱动@@@@方法@@@@。

IGBT是@@结@@合了@@@@MOSFET和@@双极晶体管@@优点的@@晶体管@@@@。MOSFET由@@于@@栅极@@是@@隔离的@@@@，因此@@具有@@@@输入阻抗高@@@@、开关速度@@较@@快@@的@@优点@@，但@@缺点是@@在@@@@高@@电压@@时@@导通@@电阻@@@@较@@高@@@@@@。双极晶体管@@即@@使@@@@在@@高@@电压@@条件@@下@@导通@@电阻@@@@也@@很低@@@@，但@@存在@@@@输入阻抗低@@和@@开关速度@@慢@@的@@缺点@@。通过@@弥补这两种@@器件@@各自的@@缺点@@，IGBT成为@@@@一种具有@@@@高@@输入阻抗@@、开关速度@@快@@@@ (IGBT开关速度@@比@@@@MOSFET慢@@，但@@仍比@@双极晶体管@@快@@@@。) ，即@@使@@@@在@@高@@电压@@条件@@下@@也@@能@@实现低@@导通@@电阻@@@@的@@晶体管@@@@。　

2. IGBT 的@@工作原理@@

当@@向@@发射极@@施加正的@@集电极@@@@电压@@@@VCE，同时@@@@向@@发射极@@施加正的@@栅极@@电压@@@@VGE时@@，IGBT便能@@导通@@@@，集电极@@和@@发射极@@导通@@@@@@，集电极@@电流@@@@IC流过@@。

图@@2. IGBT近似的@@等效电路@@@@@@@@@@

IGBT的@@等效电路@@@@@@@@如@@上@@图@@@@所示@@@@。当@@栅极@@@@-发射极@@（G-E）和@@集电极@@@@-发射极@@（C-E）通路@@均发生正偏置时@@@@，N沟道@@MOSFET导通@@，导致漏极电流@@流动@@@@@@。该@@漏极电流@@也@@流向@@@@QPNP的@@基@@极@@并导致@@IGBT导通@@。由@@于@@QPNP的@@直@@流电流@@增益@@（α）非常小@@，因此@@几乎整个@@发射极@@电流@@@@（IE(pnp)）都@@作为@@@@基@@极@@电流@@@@（IB(pnp)）流动@@@@。但@@部@@分@@@@@@IE(pnp)会作为@@@@集电极@@电流@@@@@@（IC(pnp)）流动@@@@。IC(pnp)无法开启@@QNPN，因为@@@@它绕过了@@@@QNPN基@@极@@和@@发射极@@之间@@插入的@@@@RBE。

因此@@，IGBT的@@几乎所有@@@@集电极@@电流@@@@都@@通过@@@@QPNP的@@发射极@@@@-基@@极@@通路@@作为@@@@@@N沟道@@MOSFET的@@漏极电流@@流动@@@@@@。此时@@@@，空穴从@@@@QPNP的@@发射极@@@@注@@入@@到@@@@N通道@@MOSFET的@@高@@电阻@@漂移层@@。这导致漂移层的@@电阻@@率@@（Rd(MOS））大@@大@@降低@@@@@@，从@@而@@@@降低@@@@了@@导通@@期间的@@导通@@@@电阻@@@@@@。这种现象称为@@电导率调制@@。

关闭@@栅极@@@@（G）信号@@会导致@@N沟道@@MOSFET关断@@，从@@而@@@@导致@@IGBT关断@@。

3. 安全工作区@@

在@@IGBT的@@规格书中@@@@@@，可能@@会看到@@安全工作区@@@@（SOA, Safe Operating Area），例@@如@@@@ROHM的@@ RGS30TSX2DHR 如@@下@@图@@@@所示@@@@。这个@@安全工作区@@是@@指什么@@？

图@@3. Rohm的@@RGS30TSX2DHR 安全工作区@@ （图@@片来源@@@@@@ROHM）

3.1 正向@@偏置安全工作区@@@@

正向@@偏置安全工作区@@@@定义了@@@@IGBT导通@@期间的@@可用电流@@和@@电压@@条件@@@@。

图@@4. RGS30TSX2DHR 的@@正向@@偏置安全工作区@@@@@@ （图@@片来源@@@@@@ROHM）

上@@图@@是@@@@RGS30TSX2DHR 的@@正向@@偏置安全工作区@@@@@@，可以@@根据具体情况分@@为@@@@4个@@领域@@，如@@下@@所述@@:

受集电极@@@@最大@@@@额定@@电流@@@@限制的@@区域@@

受集电极@@@@耗散限制的@@区域@@

受二次击穿限制的@@区域@@ (该@@区域会因器件@@设计@@而@@有@@所不同@@)

受集电极@@@@-发射极@@最大@@@@额定@@电压@@限制的@@区域@@

3.2 反向@@偏置@@安全工作区@@@@

反向@@偏置@@安全工作区@@@@定义了@@@@IGBT关断@@期间的@@可用电流@@和@@电压@@条件@@@@。

图@@5. RGS30TSX2DHR 的@@反向@@偏置@@@@安全工作区@@@@@@ （图@@片来源@@@@@@ROHM）

上@@图@@是@@@@RGS30TSX2DHR 的@@反向@@偏置@@@@SOA可以@@简单分@@为@@@@2个@@有@@限区域@@，如@@下@@所述@@:

受集电极@@@@最大@@@@额定@@电流@@@@值@@限制的@@区域@@

受集电极@@@@-发射极@@最大@@@@额定@@电压@@限制的@@区域@@。

请注@@意@@，当@@设计@@的@@@@ VCE－IC工作轨迹偏离产品@@本身安全工作区@@时@@@@，产品@@可能@@会发生出@@现意外@@故障@@。因此@@，在@@设计@@电路@@@@时@@@@，在@@确定与@@击穿容限相关@@的@@具体特性@@和@@电路@@@@常数@@时@@@@，必须密切注@@意耗散和@@其@@他性能@@@@问@@题@@。例@@如@@@@，反向@@偏置@@安全工作区@@@@具有@@@@温度@@@@特性@@@@（在@@高@@温@@下@@劣化@@），VCE－IC的@@工作轨迹根据栅极@@电阻@@@@Rg和@@栅极@@电压@@@@VGE而@@变化@@。

因此@@，有@@必要在@@了@@解工作环境和@@关断@@@@时@@的@@@@最小@@栅极@@电阻@@值@@@@后@@@@，才进行@@Rg和@@ VGE设计@@。

4. 不同类型@@@@IGBT 产品@@

市场@@上@@有@@不同类型@@@@的@@@@ IGBT 产品@@，我们可以@@根据实际应用@@情况@@、安装类型@@@@（例@@如@@@@通孔@@、面板@@安装或@@表@@面安装@@）来挑选@@。

IGBT单管@@

将@@MOSFET的@@简单栅极@@驱动@@@@@@特性@@与@@双极晶体管@@的@@高@@电流@@和@@低@@饱和@@电压@@能@@力@@相结@@合@@。

图@@6. IXYS 的@@IXYH16N170C

IGBT模块@@

由@@IGBT与@@二极管@@通过@@特定的@@电路@@@@桥接封装@@而@@成的@@模块@@化半导体产品@@@@ 。封装@@后@@的@@@@IGBT模块@@可以@@直@@接应用@@于变频@@器@@@@、UPS不间断电源@@@@等设备上@@@@。IGBT模块@@具有@@@@节能@@@@、安装维修方便@@、散热@@稳定等特点@@@@。

图@@7.Infineon的@@ FZ800R12KE3

图@@8. Infineon 的@@ IM241-L6T2B 智能@@功率@@模块@@@@@@ (IPM)

总@@结@@@@

IGBT 是@@一种功率@@半导体@@器件@@@@@@，用于电子@@开关@@，控制和@@改变@@电流@@的@@大@@小频率@@，是@@电能@@转换@@及应用@@的@@核心芯片@@@@。由@@于@@篇幅有@@限@@，IGBT 涉及的@@技术@@内@@容@@、应用@@领域很广@@，所以@@@@欢迎大@@家在@@文末交@@流分@@享@@，一起讨论学习@@。

芯能@@@@发布@@DIPS26-DBC系列@@智能@@功率@@模块@@@@@@@@

judy — Wed, 14 Jun 2023 03:16:35 +0000

DIPS26智能@@功率@@模块@@@@@@采用@@芯能@@@@新一代自研驱动@@@@@@IC和@@IGBT芯片@@，优化@@内@@部@@布局与@@引脚@@分@@布@@，是@@包括@@空调压缩机@@@@、变频@@洗衣机@@、变频@@烟机和@@工业@@驱动@@@@器@@等先进家电@@/工业@@电机驱动@@@@@@应用@@的@@理想选择@@。

DIPS26新产品@@采用@@了@@框架@@+DBC的@@散热@@结@@构@@@@，模块@@体积小@@、保护功能@@@@齐全@@、功率@@密度@@@@@@高@@@@、散热@@能@@力@@优秀@@、安装方便和@@绝缘等级能@@满足@@各种@@装配场景需求等@@，目前@@产品@@的@@规格等级有@@@@10A/600V、15A/600V；产品@@型@@号@@：XNS10SM1E6、XNS15SM1E6。

产品@@特点@@@@

1、内@@置@@高@@压栅极@@驱动@@@@@@@@，配套芯片@@完全国产化@@

2、三相全桥@@逆变@@拓扑@@@@，适用于@@各类电机驱动@@@@@@场景@@

3、驱动@@@@集成自举电路@@@@@@@@，内@@置@@限流保护电阻@@@@，集成度@@更高@@@@

4、内@@置@@欠压保护@@@@、过流@@保护@@，及故障输出@@@@(FO)

5、内@@部@@温度@@@@监控电路@@@@与@@温度@@@@电压@@信号@@输出@@@@（VOT）

6、完全兼容@@3.3V和@@5V驱动@@@@输入信号@@@@

7、绝缘电压@@等级@@：2000Vac

解决问@@题@@

1. 管脚@@爬电距离优化@@@@(与@@市面上@@主流产品@@完全兼容@@@@)

2. 集成多重保护功能@@@@@@
集成自举电路@@@@@@、欠压保护@@、过流@@保护@@、温度@@@@输出@@功能@@@@@@

3. 功率@@密度@@@@@@高@@@@
电流@@等级可达@@15A，功率@@密度@@@@@@高@@@@、DBC+框架散热@@结@@构@@@@，热@@阻更小@@@@

4. 预留装配@@
预留装配@@的@@螺丝安装位置@@，便于散热@@片安装@@

产品@@具体信息可向@@我司销售人员咨询或@@索取产品@@规格书@@(service@invsemi.com)。

商用车@@1200V平台@@IGBT流片成功@@

judy — Wed, 31 May 2023 02:28:08 +0000

5月@@30日@@，远程新能@@源@@商用车@@集团@@推出@@国内@@首个@@正向@@研发的@@新能@@源@@重卡数智架构@@GXA-T，并发布了@@基@@于@@全新@@架构打造的@@远程星瀚@@G系列@@重卡@@。

远程新能@@源@@商用车@@集团@@CEO范现军在@@发布会上@@表@@示@@@@，专为@@新能@@源@@商用车@@动@@力@@总@@成系统@@打造的@@@@1200V平台@@IGBT芯片@@已流片成功@@@@，未来装车将@@大@@大@@提升能@@效表@@现@@。

这是@@@@浙江晶能@@微电子@@有@@限公司@@和@@浙江远程智芯科技有@@限公司@@联合开发的@@芯片@@产品@@@@。为@@新能@@源@@商用车@@功率@@半导体@@国产化打下坚实基@@础@@。

该@@款芯片@@基@@于@@第七代微沟槽栅和@@场截止@@技术@@@@，具有@@@@更高@@功率@@密度@@@@@@和@@系统@@效率@@@@，同时@@@@有@@着高@@短@@路@@@@能@@力@@@@@@、高@@工作结@@温@@以@@及低@@导通@@损耗@@@@等特点@@@@，充分@@匹配商用车@@低@@转速高@@负荷@@的@@工作需求@@。

目前@@，市场@@上@@电动@@商用车@@大@@多使@@用@@与@@光伏@@通用的@@功率@@@@模块@@@@@@。本次晶能@@设计@@团队与@@远程智芯电驱团队协作共创@@，结@@合电动@@商用车@@低@@转速@@、高@@扭矩@@、大@@电流@@@@，长时@@间@@工作在@@高@@负荷@@区间的@@应用@@特点@@@@，专项优化@@提升@@，可帮助整车更好@@应对@@极限工况下高@@过载要求@@。面对@@严苛路@@况和@@环境下@@，也@@有@@着更高@@可靠@@性@@。

此前@@，晶能@@为@@乘用车电控系统@@开发的@@@@750V平台@@IGBT芯片@@已转入量产阶段@@。

文章来源@@@@@@：晶能@@微信公众号@@@@

IGBT

相较@@@@IGBT，SiC如@@何优化@@混动@@和@@电动@@汽车@@@@的@@能@@效和@@性能@@@@@@？

judy — Mon, 15 May 2023 07:36:32 +0000

本文作者@@@@：安森美@@高@@级产品@@线经理@@Jonathan Liao

随着@@人们对@@电动@@汽车@@@@@@ (EV) 和@@混动@@汽车@@@@ (HEV) 的@@兴趣和@@市场@@支持不断增加@@@@，汽车@@制造@@商为@@向@@不断扩大@@的@@客户群提供@@优质产品@@@@，竞争日@@益激烈@@。由@@于@@ EV 的@@电机需要高@@千瓦时@@电源@@来驱动@@@@@@，传统的@@@@ 12 V 电池已让位于@@ 400-450 V DC 数量级的@@电池组@@，成为@@@@ EV 和@@ HEV 的@@主流电池电压@@@@。

市场@@已经在@@推动@@向@@更高@@电压@@电池的@@转变@@。800 V DC 和@@更大@@的@@电池将@@变得更占优势@@，因为@@@@使@@用@@更高@@的@@电压@@意味着@@系统@@可以@@在@@@@更低@@的@@电流@@@@下运行@@@@@@，同时@@@@实现相同@@的@@功率@@@@输出@@@@。较@@低@@@@电流@@的@@优点是@@损耗@@较@@低@@@@@@，需要管理的@@热@@耗散较@@少@@@@，还有@@利于使@@用@@更小@@的@@电缆为@@整个@@车辆供电@@。

不断发展的@@电动@@汽车@@@@技术@@对@@于@@在@@全球范围内@@@@实现更可持续的@@交@@通运输至@@关重要@@。到@@ 2024 年@@底@@，道路@@上@@将@@有@@超过@@@@ 700 万@@辆汽车@@搭载安森美@@@@ (onsemi) VE-Trac™功率@@模块@@@@，仅这些@@车辆就可以@@每年@@减少@@@@ 2900 万@@吨的@@二氧化碳排放量@@（见图@@@@ 1）。

图@@ 1.减少@@车辆搭载安森美@@@@ VE-Trac 功率@@模块@@@@后@@可减少@@的@@二氧化碳排放量@@

主驱逆变@@器@@@@

电池的@@主要负载是@@车辆的@@电机@@，使@@用@@交@@流电机的@@@@ EV 和@@ HEV 依赖于主驱逆变@@器@@@@将@@直@@流电池电源@@转换@@为@@交@@流电@@（见图@@@@ 2）。主驱逆变@@器@@@@是@@电动@@汽车@@@@的@@心脏@@，提供@@驱动@@@@汽车@@前进所需的@@@@扭矩和@@加速@@度@@@@。主驱逆变@@器@@@@的@@两个@@主要设计@@考虑因素包括@@转换@@效率@@@@和@@峰值@@功率@@@@@@。

图@@ 2. 主驱逆变@@器@@@@将@@直@@流电池电源@@转换@@为@@交@@流电源@@@@，提供@@扭矩和@@加速@@度@@@@

从@@ DC 到@@ AC 的@@电源@@转换@@效率@@@@越高@@@@，车辆就可以@@使@@用@@更小@@的@@电池做更多的@@事情@@。更高@@的@@效率@@@@还意味着@@系统@@可以@@提供@@更多的@@功率@@@@@@，并减少@@需要管理的@@散热@@@@。

峰值@@功率@@决定@@了@@车辆的@@整体性能@@@@@@，特别是@@@@车辆的@@瞬时@@扭矩和@@加速@@能@@力@@@@。效率@@（续航里程@@）和@@峰值@@功率@@@@（性能@@@@）共同决定@@了@@车辆的@@应用@@和@@使@@用@@场景@@。

如@@今@@，许多@@ EV 和@@ HEV 都@@是@@@@基@@于@@@@ IGBT 技术@@构建的@@@@。随着@@碳化硅@@@@ (SiC) 技术@@的@@问@@世@@，更高@@的@@效率@@@@和@@性能@@@@成为@@@@可能@@@@。

碳化硅@@的@@优势@@

IGBT 技术@@通常@@为@@中@@低@@档车辆提供@@更具成本效益的@@解决方案@@，SiC 提供@@出@@色的@@效率@@@@和@@峰值@@功率@@@@@@，尤其@@是@@在@@@@较@@高@@@@电压@@下@@，适用于@@非常重视续航里程@@和@@性能@@@@的@@车辆@@，系统@@成本也@@更加灵活@@。每个@@芯片@@阻抗更低@@@@，可实现出@@色的@@效率@@@@和@@热@@优化@@@@。在@@这些@@功能@@@@的@@共同作用下@@，每英@@里的@@电池消耗得以@@降低@@@@@@。虽然@@ SiC 的@@成本高@@于@@ IGBT，但@@在@@许多@@应用@@中@@@@@@，这被@@ SiC 提高@@@@的@@能@@效所带来的@@整车其@@他方面的@@成本节省所抵消@@。

图@@ 3 到@@图@@@@ 6比@@较@@@@了@@@@ IGBT 效率@@与@@@@ SiC 效率@@。在@@图@@@@ 3 和@@图@@@@ 4中@@，NVH820S75L4SPB 是@@ IGBT 模块@@（方形连线图@@@@），而@@ NVXR17S90M2SPB 是@@ SiC 模块@@（圆形连线图@@@@）。这两张图@@显示@@了@@@@@@ IGBT 因开关频率和@@@@ RMS 负载电流@@具有@@@@更高@@的@@功率@@@@损耗@@@@。图@@ 5 和@@图@@@@ 6 显示@@，以@@更高@@频率运行@@的@@@@ SiC 可实现出@@色的@@效率@@@@增益@@。

图@@ 3. 8 kHz 开关频率时@@的@@@@功率@@@@损耗@@@@

图@@ 4. 15 kHz 开关频率时@@的@@@@功率@@@@损耗@@@@

图@@ 5. 8 kHz 时@@的@@@@效率@@@@增益@@

图@@ 6. 15 kHz 时@@的@@@@效率@@@@增益@@

转换@@效率@@@@

就本质而@@言@@@@，当@@前的@@@@ IGBT 技术@@会随着@@@@电压@@的@@增加@@而@@变得更厚且@@效率@@更低@@@@，从@@而@@@@导致@@需要更高@@的@@阻断电压@@@@@@。可以@@基@@于@@@@ IGBT 构建更高@@电压@@的@@逆变@@器@@@@，但@@随着@@电动@@汽车@@@@的@@电压@@达到@@@@@@ 800 V 及以@@上@@@@@@，SiC 的@@效率@@@@将@@大@@大@@高@@于@@ IGBT。在@@更高@@电压@@下@@，SiC 不必像@@ IGBT 一样厚也@@能@@实现阻断电压@@@@。在@@标@@准@@负载下@@，IGBT 的@@效率@@@@约为@@@@ 94%。然而@@@@，在@@较@@低@@@@负载下@@，其@@效率@@下降至@@@@ 92%，例@@如@@@@当@@车辆以@@巡航速度@@运行@@时@@@@。相比@@@@之下@@，SiC 在@@标@@准@@负载下@@可达到@@@@@@ 98%，增益为@@@@ 4%。SiC 在@@较@@低@@@@负载下@@具有@@@@@@ 95% 的@@效率@@@@，增益为@@@@ 3%。

增加@@行驶里程@@：
一个@@@@ 100 千瓦时@@的@@@@电池和@@基@@于@@@@ IGBT 的@@逆变@@器@@解决方案@@，可以@@产生@@ 300 英@@里的@@最大@@@@行驶里程@@。使@@用@@ SiC ，效率@@提高@@@@@@ 3% 以@@上@@@@，将@@使@@车辆的@@续航里程@@增加@@@@ 9 英@@里或@@更多@@。对@@于@@具有@@@@更大@@电池的@@车辆@@，例@@如@@@@长途运输卡车@@，续航里程@@会更远@@。

更小@@直@@径的@@布线@@：
电机可以@@用较@@低@@@@的@@电流@@@@驱动@@@@@@，因为@@@@基@@于@@@@ SiC 的@@主驱逆变@@器@@@@在@@较@@高@@@@电压@@下运行@@@@效率@@更高@@@@。这样@@，就可以@@使@@用@@直@@径较@@小的@@电缆@@。贯穿车辆的@@布线的@@直@@径变小@@，减少@@了@@整体重量@@，这样@@只需更少@@的@@电力@@就能@@驱动@@@@车辆并增加@@总@@的@@行驶里程@@。此外@@@@，更小@@直@@径的@@布线@@成本更低@@@@，抵消了@@使@@用@@高@@压@@ SiC 主驱逆变@@器@@@@的@@成本@@。

系统@@尺寸@@@@：
SiC 技术@@的@@效率@@@@更高@@@@，使@@高@@压主驱逆变@@器@@@@在@@尺寸@@上@@更加紧凑@@，而@@不会影响效率@@或@@峰值@@功率@@@@。较@@小的@@逆变@@器@@使@@设计@@人员在@@逆变@@器@@的@@放置方面具有@@@@更大@@的@@灵活性@@，并最大@@@@限度@@地增加@@了@@@@车内@@的@@@@乘客空间@@和@@可用空间@@@@。

热@@管理@@：
管理车辆内@@的@@@@热@@量对@@于@@维持@@整体系统@@效率@@至@@关重要@@。基@@于@@ SiC 的@@主驱逆变@@器@@@@具有@@@@更高@@的@@热@@效率@@@@，可产生更低@@的@@损耗@@@@和@@更少@@的@@散热@@@@。这意味着@@@@逆变@@器@@在@@较@@低@@@@的@@温度@@@@下运行@@@@@@，带来双重好@@处@@：牵引系统@@可以@@实现更高@@的@@峰值@@功率@@@@，同时@@@@降低@@@@散热@@系统@@整体成本@@。

VE-Trac 高@@度@@集成功率@@模块@@@@@@

IGBT 和@@ SiC 都@@是@@@@主驱逆变@@器@@@@系统@@的@@可行方案@@。然而@@@@，许多@@因素会影响整个@@牵引系统@@中@@@@主驱逆变@@器@@@@的@@效率@@@@和@@性能@@@@@@，没@@有@@一个@@@@简单的@@方程式@@可以@@确定@@适合@@给定应用@@的@@最佳方法@@@@。

通过@@与@@安森美@@合作@@，工程师可以@@探索各种@@选择@@。安森美@@拥有@@完整的@@主驱逆变@@器@@@@解决方案组合@@，包括@@ IGBT 和@@ SiC 技术@@，因此@@ OEM 和@@一级供应商@@可以@@为@@其@@应用@@找到@@合适的@@逆变@@器@@半导体解决方案@@。安森美@@为@@@@ EV 和@@ HEV 应用@@提供@@广泛的@@牵引逆变@@器@@解决方案@@，VE-Trac 系列@@就是@@用于汽车@@功能@@@@电子@@化的@@高@@度@@集成功率@@模块@@@@@@@@。这些@@模块@@采用@@创新的@@@@封装@@@@、先进的@@散热@@技术@@并具备出@@色的@@可靠@@性@@。

安森美@@旗下的@@@@整个@@@@ IGBT 和@@ SiC 主驱逆变@@器@@@@产品@@线均采用@@标@@准@@的@@@@外@@壳模块@@封装@@和@@外@@形@@@@。通过@@标@@准@@封装@@@@@@，OEM 可以@@使@@用@@同等的@@@@模块@@外@@形@@@@，将@@现有@@的@@@@@@基@@于@@@@ IGBT 的@@系统@@迁移到@@@@ SiC。这使@@@@ OEM 只需对@@逆变@@器@@系统@@设计@@进行少@@量修改@@，即@@可在@@现有@@应用@@中@@@@获得@@ SiC 的@@全部@@优势@@。

然而@@@@，随着@@行业朝着提高@@@@可靠@@性的@@方向@@发展@@，安森美@@也@@提供@@压铸模封装@@@@ (TMP) 以@@实现更出@@色的@@可靠@@性@@。随着@@ OEM 向@@市场@@推出@@新设计@@@@，TMP 可将@@器件@@封装@@在@@非常坚固的@@塑封压铸模封装@@中@@@@@@，提高@@@@电动@@汽车@@@@在@@恶劣运行@@环境中@@电气连接@@的@@可靠@@性@@。安森美@@提供@@半桥@@解决方案@@。

在@@封装@@选项@@中@@@@，安森美@@提供@@先进的@@直@@接散热@@@@技术@@以@@最大@@@@限度@@地提高@@@@导热@@性@@，从@@而@@@@提高@@@@系统@@性能@@@@和@@可靠@@性@@。模块@@在@@@@冷却剂和@@@@ IGBT / SiC 芯片@@之间@@具有@@@@直@@接散热@@@@路@@径@@，无需额外@@的@@热@@@@188足彩外@@围@@app ，例@@如@@@@热@@界面材料@@ (TIM) 或@@散热@@片@@。对@@于@@需要更多散热@@的@@应用@@@@，双面散热@@允许冷却剂在@@模块@@的@@顶面和@@底面流动@@@@@@，以@@更快@@地散热@@@@。

可靠@@性是@@@@ EV 和@@ HEV 的@@一个@@@@重要因素@@。通过@@使@@用@@@@先进散热@@技术@@改进散热@@并采用@@刚性封装@@来保护电气连接@@@@，OEM 可以@@设计@@出@@能@@够在@@更长距离内@@运行@@而@@不会出@@现主驱系统@@故障的@@电动@@汽车@@@@@@。为@@了@@进一步提高@@@@可靠@@性@@，安森美@@采用@@压合式@@引脚@@技术@@来连接@@功率@@模块@@@@和@@栅极@@驱动@@@@@@板@@之间@@的@@信号@@引脚@@@@。压合式@@引脚@@是@@在@@@@其@@他汽车@@应用@@中@@@@经过验证的@@技术@@@@，例@@如@@@@ TPMS 和@@电机控制@@。压合式@@引脚@@可确保@@稳固连接@@@@，而@@且@@@@牢固@@、可靠@@、无焊料@@、可重复@@，且@@针对@@@@自动@@化和@@大@@批量制造@@进行了@@优化@@@@。

各种@@ VE-Trac 模块@@还集成了@@智能@@@@ IGBT 芯片@@，使@@模块@@能@@够自我监控自身的@@运行@@状况@@，以@@应对@@过热@@和@@过流@@等保护事件@@@@。在@@片上@@执行@@自我监控而@@不是@@@@通过@@外@@部@@@@ NTC 热@@敏电阻@@@@进行监控@@，可以@@使@@模块@@响应更快@@@@，并最大@@@@限度@@地减少@@此类事件@@发生时@@的@@@@影响@@@@。

图@@ 7. VE-Trac 系列@@是@@高@@度@@集成的@@功率@@@@模块@@@@@@，整合一系列@@电压@@@@、功率@@和@@制造@@技术@@@@，为@@各种@@混动@@和@@电动@@汽车@@@@应用@@提供@@合适的@@解决方案@@。

图@@ 7显示@@了@@@@ VE-Trac 系列@@中@@@@ OEM 可用的@@许多@@选项@@@@。采用@@直@@接水冷技术@@的@@@@ VE-Trac Direct 模块@@可轻松与@@压合式@@标@@准@@外@@壳模块@@封装@@相集成@@，以@@提高@@@@灵活性和@@可靠@@性@@（见图@@@@ 8）。借助@@ IGBT 和@@ SiC 选项@@，VE-Trac Direct 模块@@可提供@@@@@@ 100 kW 以@@上@@@@的@@功率@@@@级@@可扩展性@@。

图@@ 8. VE-Trac Direct 模块@@可扩展到@@@@ 100 kW 以@@上@@@@且@@易于集成@@

VE-Trac Dual 模块@@采用@@紧凑型@@@@ TMP 外@@形@@尺寸@@@@，体积缩小@@@@ 30%，同时@@@@为@@需要扩展至@@@@ 300 kW 的@@空间@@受限应用@@提供@@相当@@的@@输出@@功率@@@@@@（见图@@@@ 9）。VE-Trac 的@@使@@用@@寿命比@@标@@准@@模块@@长@@ 3 倍@@以@@上@@@@@@，还提供@@出@@色的@@电气和@@热@@性能@@@@@@、极低@@的@@封装@@电感@@ (<7 nH) 和@@出@@色的@@@@ $/kW 值@@。集成了@@智能@@的@@@@ IGBT 片上@@温度@@@@和@@电流@@@@传感器@@，可实现更严格的@@容差@@（± 7°，而@@基@@于@@@@ NTC 的@@传感为@@@@ ± 14°）和@@更快@@的@@故障检测@@（200 ns，而@@ DESAT 为@@ 2 μs+）。

图@@ 9. VE-Trac Dual 模块@@采用@@紧凑型@@@@ TMP 外@@形@@，提供@@出@@色的@@电气和@@热@@性能@@@@及@@ $/kW 值@@。

VE-Trac B2-Direct SiC 模块@@采用@@新技术@@@@，提供@@ SiC 的@@效率@@@@和@@高@@峰值@@功率@@@@，含下一代封装@@@@、直@@接散热@@@@和@@热@@性能@@@@技术@@@@，可延长整体寿命性能@@@@@@（见图@@@@ 10）。其@@他主要特性@@包括@@@@：通过@@银烧结@@将@@芯片@@连接@@到@@@@ DBC 上@@、源@@夹具互连@@、与@@ AHPM DSC 的@@封装@@兼容性@@，以@@及从@@中@@功率@@到@@高@@功率@@的@@可扩展功率@@输出@@@@。

图@@ 10. VE-Trac B2-Direct SiC 模块@@通过@@下一代封装@@@@、直@@接散热@@@@、和@@热@@性能@@@@技术@@提供@@出@@色的@@效率@@@@和@@高@@峰值@@功率@@@@@@。

可扩展集成@@

凭借多功能@@@@和@@可扩展的@@封装@@选项@@@@，安森美@@可为@@每个@@应用@@提供@@合适的@@模块@@@@。VE-Trac Direct 功率@@模块@@@@提供@@@@ 100 至@@ 180 kW 的@@可扩展解决方案@@，具有@@@@适用于@@三相电机应用@@的@@相同@@机械封装@@@@。VE-Trac Dual 解决方案提供@@了@@极高@@的@@灵活性@@，功率@@模块@@@@可以@@垂直@@横向@@排列@@，可根据应用@@调整逆变@@器@@系统@@@@，使@@之更长更薄或@@更短@@更厚@@。此外@@@@，逆变@@器@@系统@@可以@@在@@@@同一相上@@并联放置两个@@多功率@@模块@@@@@@，以@@增加@@峰值@@功率@@@@，从@@而@@@@在@@类似@@@@的@@紧凑外@@形@@中@@提供@@高@@达@@@@ 2 倍@@的@@功率@@@@@@。

作为@@@@功率@@半导体@@市场@@的@@领导者@@，安森美@@了@@解设计@@高@@效@@@@、可靠@@和@@可持续的@@电源@@解决方案的@@重要性@@。VE-Trac 系列@@等广泛而@@灵活的@@集成模块@@产品@@组合使@@@@ OEM 能@@够为@@应用@@选择合适的@@解决方案@@，从@@低@@电压@@@@、具有@@@@成本效益的@@@@ IGBT 模块@@，到@@提供@@高@@效@@率@@和@@高@@峰值@@功率@@的@@高@@压@@ SiC 模块@@等@@。安森美@@也@@是@@一家@@ SiC 供应商@@，提供@@全面的@@垂直@@整合量产服务@@。

凭借在@@汽车@@行业的@@悠久历史@@（40 多年@@@@），安森美@@还提供@@完整的@@设计@@支持@@，包括@@全面的@@应用@@笔记和@@仿真模型@@@@，用户还可获得安森美@@功能@@@@安全专家和@@全球开发支持团队的@@帮助@@。除@@了@@@@对@@@@ SiC 制造@@等技术@@进行大@@量投资外@@@@，安森美@@还以@@可靠@@的@@封装@@@@、完整的@@垂直@@电源@@整合和@@先进的@@散热@@方案等创新@@，不断推动@@整个@@行业的@@进步@@。安森美@@了@@解汽车@@行业的@@发展方向@@@@，并致力@@于提供@@@@ OEM 所需的@@@@技术@@@@，为@@混动@@和@@电动@@汽车@@@@提供@@可靠@@@@、优质的@@电力@@驱动@@@@@@。

Power Integrations推出@@新款@@@@3300V IGBT模块@@门极驱动@@@@@@器@@@@

judy — Wed, 10 May 2023 06:24:05 +0000

深耕于中@@高@@压逆变@@器@@应用@@门极驱动@@@@@@器@@技术@@领域的@@知名公司@@@@Power Integrations（纳斯达克股票代号@@：POWI）今日@@推出@@新款@@@@单通道@@即@@插即@@用型@@门极驱动@@@@@@器@@@@，适配于尺寸@@为@@@@190mmx140mm的@@3300V以@@内@@的@@@@@@IHM和@@IHV IGBT模块@@。1SP0635V2A0D将@@Power Integrations成熟可靠@@的@@@@SCALE-2™开关性能@@@@和@@保护特性@@与@@可配置的@@隔离串行输出@@接口相结@@合@@，增强@@了@@驱动@@@@器@@的@@设定灵活性@@，且@@能@@提供@@全面的@@遥测报告@@@@，以@@实现准确的@@寿命估算@@。其@@内@@部@@集成了@@包括@@温度@@@@@@、器件@@和@@母线状态信息在@@内@@的@@@@多个@@检测电路@@@@@@，可简化系统@@设计@@并增强@@可观测性@@、控制性和@@可靠@@性@@。应用@@领域包括@@轨道牵引@@逆变@@器@@@@、电网@@和@@中@@压变频@@器@@@@。

Power Integrations产品@@营销经理@@Thorsten Schmidt表@@示@@：“串行状态输出@@协议包含关键的@@实时@@测量@@，有@@利于进行高@@级操作验证@@，并显著提高@@@@逆变@@器@@运行@@状况@@、可靠@@性和@@效率@@的@@整体可见性@@。工程师可以@@根据@@PI标@@准@@的@@@@即@@插即@@用协议调整监测和@@控制系统@@@@，或@@者@@在@@项目开发阶段要求@@PI工程师进行自定义调整@@。”

1SP0635V2A0D门极驱动@@@@@@器@@提供@@的@@遥测数据包括@@精确的@@温度@@@@测量@@，这样@@可简化温升管理并且@@@@无需外@@部@@温度@@@@传感器@@。此外@@@@还集成了@@直@@流母线电压@@@@测量功能@@@@@@，能@@够减少@@外@@部@@电路@@@@@@，降低@@@@系统@@复杂性和@@成本@@。闭环门极电压@@@@、门极状态和@@短@@路@@@@监测功能@@@@可确保@@模块@@在@@@@设定的@@限值@@内@@操作@@，从@@而@@@@提高@@@@效率@@@@并避免严重故障@@。

其@@他特性@@包括@@对@@光纤接口的@@状态监测@@，以@@确保@@正确接收开关指令@@。同样@@，门极监测可确保@@开关指令已正确执行@@，并且@@@@功率@@模块@@@@处于适当@@的@@操作状态@@。短@@路@@@@监测可提供@@@@精确的@@控制@@，指示门极驱动@@@@@@器@@在@@发生短@@路@@@@时@@做出@@恰当@@的@@响应@@。

供货情况@@
新款@@1SP0635V2A0D门极驱动@@@@@@器@@现已可以@@提供@@样品@@。有@@关@@价格信息@@，请与@@您当@@地的@@销售代表@@联系@@。

有@@关@@详细信息@@，请访问@@@@：www.powerint.cn/zh-hans/1sp0635-digital 。

关于@@Power Integrations
Power Integrations, Inc.是@@一家专注@@于半导体领域高@@压功率@@转换@@的@@技术@@创新型@@@@公司@@@@。该@@公司@@的@@产品@@是@@清洁能@@源@@生态系统@@内@@的@@@@关键组成部@@分@@@@@@，可实现新能@@源@@发电以@@及毫瓦级至@@兆瓦级应用@@中@@@@电能@@的@@有@@效传输和@@使@@用@@@@。有@@关@@详细信息@@，请访问@@@@网@@站@@www.power.com 。

如@@何利用快@@速开关的@@@@TRENCHSTOP™ 5 IGBT和@@SiC二极管@@搭建更小@@更轻的@@@@PFC

judy — Thu, 27 Apr 2023 09:04:48 +0000

本文转载自@@：英@@飞@@凌@@@@工业@@半导体@@微信公众号@@@@

紧凑的@@尺寸@@和@@不断降低@@@@的@@系统@@成本是@@电力@@电子@@设计@@的@@开发者一直@@追求的@@目标@@@@。现在@@@@，由@@于@@家用电器@@消耗的@@能@@量@@不断增加@@@@，从@@事此类应用@@的@@工程师还有@@一个@@@@目标@@@@：保持高@@功率@@因数@@（PF）。特别是@@@@空调@@，其@@额定@@功率@@为@@@@1.8kW或@@更大@@@@，是@@最耗电的@@设备之一@@。在@@这里@@，功率@@因数校正@@（PFC）是@@强@@制性的@@@@，对@@于@@PFC，设计@@者认为@@@@IGBT（绝缘栅双极型@@晶体管@@@@）是@@具有@@@@最高@@性价比@@的@@开关器件@@@@。

在@@PFC系统@@中@@@@，较@@低@@@@的@@开关频率增加@@了@@@@升压@@电感器的@@尺寸@@@@。因此@@，开发人员不能@@把@@它放在@@主电路@@@@板@@上@@@@。在@@这种情况下@@@@，电感器的@@价格不可避免地会很高@@@@@@，而@@且@@@@系统@@的@@外@@形@@尺寸@@@@也@@受到@@限制@@，使@@得@@其@@他设计@@目标@@几乎无法实现@@。此外@@@@，在@@安装或@@维护过程中@@可能@@发生短@@路@@@@@@（SC）事件@@，设计@@者倾向@@于选择具有@@@@短@@路@@@@耐受能@@力@@@@的@@@@IGBT。

为@@了@@保证短@@路@@@@能@@力@@@@@@，器件@@的@@@@Vce(sat)和@@开关性能@@@@都@@会降低@@@@@@。因此@@，通过@@提高@@@@开关频率将@@@@PFC电感器集成到@@主板@@上@@的@@需求@@持续上@@升@@。这样@@做将@@最大@@@@限度@@地减少@@系统@@的@@外@@形@@尺寸@@@@和@@重量@@，降低@@@@电感器的@@成本@@，并能@@使@@用@@高@@性能@@@@的@@@@IGBT。

高@@开关频率使@@电感量更小@@@@

有@@源@@@@PFC电路@@@@最常见的@@拓扑@@结@@构@@@@是@@一个@@@@@@boost升压@@转换@@器@@。对@@于@@大@@家电的@@功率@@@@因数校正@@@@，采用@@的@@是@@连续导通@@模式@@@@（CCM），由@@于@@较@@低@@@@的@@有@@效值@@电流@@@@和@@较@@少@@的@@谐波使@@得@@传导损耗@@@@比@@较@@@@低@@@@，这使@@@@得@@@@EMI滤波@@器@@的@@设计@@更容易@@。

当@@交@@流输入的@@瞬时@@值@@等于@@Vout/2时@@，CCM PFC升压@@转换@@器@@中@@的@@@@电感纹波达到@@@@最大@@@@值@@@@@@。然而@@@@，对@@于@@大@@功率@@@@CCM PFC来说@@，最小@@的@@交@@流输入电压@@@@@@@@Vac_min大@@约至@@少@@是@@@@180V，其@@峰值@@总@@是@@高@@于@@Vout/2。连续导通@@模式@@功率@@因数校正@@所需的@@@@电感量@@L通过@@以@@下@@公式@@@@计算@@@@：

电感越大@@@@，电流@@纹波就越小@@。但@@是@@@@，较@@大@@的@@电感会导致成本的@@增加@@@@。只要@@∆IL/2小于@@%ripple/2，PFC就能@@维持@@@@CCM运行@@。因此@@，有@@必要在@@成本和@@性能@@@@方面选择最佳电感量@@。图@@1显示@@了@@@@CCM PFC所需的@@@@电感量与@@开关频率的@@关系@@@@。图@@中@@@@显示@@@@，在@@较@@高@@@@的@@开关频率下@@，电感变得更小@@@@。一旦频率超过@@@@60kHz，电感就会足够小@@，可以@@放在@@主板@@上@@@@。

图@@1.Pout=2.5kW,Vac_min=180V条件@@下@@，电感量与@@开关频率的@@关系@@

英@@飞@@凌@@@@的@@@@TRENCHSTOP™ 5 WR5/WR6 IGBT系列@@在@@导通@@和@@开关特性@@@@方面都@@具有@@@@最佳性能@@@@@@。特别是@@@@，当@@该@@器件@@与@@@@SiC二极管@@作为@@@@互补开关使@@用@@@@时@@@@，开关损耗@@@@大@@大@@降低@@@@@@@@，从@@而@@@@能@@够在@@超过@@@@60kHz的@@高@@开关频率下运行@@@@@@。此外@@@@，该@@IGBT系列@@具有@@@@优化@@的@@单片集成二极管@@@@，适用于@@boost PFC应用@@，在@@这种应用@@中@@@@@@，高@@额定@@电流@@@@的@@反并联二极管@@是@@不经济的@@@@。IGBT的@@反并联二极管@@在@@@@CCM升压@@转换@@器@@的@@正常负载操作中@@不导通@@@@。但@@在@@瞬态或@@轻载条件@@下@@@@，反向@@电流@@会流经该@@器件@@@@，其@@量级非常小@@@@，而@@且@@@@只持续很短@@的@@时@@间@@@@。因此@@，反并联二极管@@的@@@@额定@@电流@@@@要求不是@@很高@@@@@@，所以@@@@集成在@@@@WR5/WR6 IGBT中@@的@@@@二极管@@足以@@满足@@这种非典型@@@@操作@@。这使@@@@得@@@@TRENCHSTOP™ 5 WR5/WR6 IGBT成为@@@@一个@@@@具有@@@@成本效益的@@@@选择@@。

为@@了@@验证这一解决方案的@@有@@效性@@，我们使@@用@@了@@@@TRENCHSTOP™ 5 WR5 IGBT系列@@中@@@@的@@@@IKW40N65WR5器件@@，并将@@其@@电气特性@@与@@@@CoolMOS™ P7 MOSFET（金属氧化物半导体场效应@@晶体管@@@@）的@@同等额定@@值@@@@进行了@@比@@较@@@@@@。

IGBT展现最佳性能@@@@@@

图@@2显示@@了@@@@IKW40N65WR5 IGBT、80mΩ CoolMOS™ P7 MOSFET以@@及竞争对@@手的@@最佳性能@@@@@@IGBT在@@开关频率为@@@@60kHz时@@的@@@@效率@@@@和@@热@@性能@@@@@@。

结@@果显示@@@@，在@@整个@@负载范围内@@@@@@，IKW40N65WR5 IGBT的@@效率@@@@和@@热@@性能@@@@都@@优于竞争对@@手的@@@@IGBT。

在@@IKW40N65WR5 IGBT和@@竞争对@@手的@@器件@@之间@@@@，最大@@@@温度@@@@差距超过@@@@23℃，在@@最大@@@@负载下@@，效率@@差距约为@@@@0.3%。此外@@@@，IKW40N65WR5 IGBT在@@约@@2kW及以@@上@@@@@@的@@情况下@@@@@@，显示@@出@@比@@同等的@@@@@@CoolMOS™ P7 MOSFET更好@@的@@散热@@和@@效率@@性能@@@@@@。相比@@@@之下@@，同等的@@@@CoolMOS™ P7 MOSFET在@@中@@低@@负载范围内@@@@的@@表@@现略好@@@@。

图@@2.IKW40N65WR5 IGBT,CoolMOS™ P7 MOSFET以@@及竞争对@@手最佳性能@@@@的@@@@40A IGBT在@@ fsw=60kHz下的@@@@效率@@@@及热@@性能@@@@测试@@@@结@@果@@

图@@2所示@@的@@结@@果表@@明@@@@，CoolMOS™ P7 MOSFET将@@是@@轻载条件@@的@@理想选择@@。对@@于@@大@@型@@电器@@，如@@空调@@，满载条件@@非常重要@@，考虑到@@成本和@@性能@@@@@@，TRENCHSTOP™ 5 WR5 IGBT显然是@@最佳选择@@。通过@@使@@用@@@@TRENCHSTOP™ 5 WR5 IGBT和@@一个@@@@@@SiC二极管@@，可以@@将@@@@PFC级的@@开关频率提高@@@@到@@@@60 kHz。这大@@大@@降低@@@@@@了@@所需的@@@@电感量@@，节省了@@重量和@@空间@@@@，使@@PFC电感直@@接安装在@@主板@@上@@成为@@@@可能@@@@。

此外@@@@，TRENCHSTOP™ 5 WR5 IGBT在@@高@@频运行@@中@@表@@现出@@的@@效率@@@@和@@热@@性能@@@@远远高@@于性能@@@@最好@@的@@竞争对@@手的@@器件@@@@。与@@同等的@@@@@@CoolMOS™ P7 MOSFET相比@@@@，IKW40N65WR5 IGBT在@@2kW左右@@及以@@上@@@@@@的@@情况下@@@@@@具有@@@@更高@@的@@效率@@@@和@@温度@@@@特性@@@@。

MOSFET与@@IGBT的@@区别@@

judy — Thu, 06 Apr 2023 06:49:15 +0000

由@@于@@MOSFET的@@结@@构@@@@，通常@@它可以@@做到@@电流@@很大@@@@，可以@@到@@上@@@@KA，但@@耐压@@能@@力@@没@@有@@@@IGBT强@@。

IGBT可以@@做很大@@功率@@@@，电流@@和@@电压@@都@@可以@@@@，就是@@一点频率不是@@太高@@@@，目前@@IGBT硬开关速度@@可以@@到@@@@100KHZ，那已经是@@不错了@@@@。不过@@相对@@@@于@@MOSFET的@@工作频率@@还是@@@@九牛一毛@@，MOSFET可以@@工作到@@几百@@KHZ，上@@MHZ，以@@至@@几十@@MHZ。

就其@@应用@@@@：根据其@@特点@@@@MOSFET应用@@于开关电源@@@@@@,镇流器@@,高@@频感应加热@@@@；高@@频逆变@@焊机@@；通信电源@@等等高@@频电源@@领域@@；IGBT集中@@应用@@于焊机@@，逆变@@器@@，变频@@器@@，电镀电解电源@@@@，超音频感应加热@@等领域@@@@。

开关电源@@@@(SMPS) 的@@性能@@@@在@@很大@@程度@@上@@依赖于功率@@半导体@@器件@@@@的@@选择@@，即@@开关管和@@整流器@@。

虽然@@没@@有@@万@@全的@@方案@@来解决选择@@IGBT还是@@@@MOSFET的@@问@@题@@，但@@针对@@@@特定@@SMPS应用@@中@@@@的@@@@IGBT 和@@ MOSFET进行性能@@@@比@@较@@@@@@，确定关键参数的@@范围还是@@@@能@@起到@@一定的@@参考作用@@。

本文将@@对@@一些参数进行探讨@@，如@@硬开关和@@@@软开关@@ZVS(零电压@@转换@@@@) 拓扑@@中@@的@@@@开关损耗@@@@@@，并对@@电路@@@@和@@器件@@特性@@相关@@的@@三个@@@@主要功率@@开关损耗@@@@@@—导通@@损耗@@@@、传导损耗@@@@和@@关断@@@@损耗@@@@进行描述@@。此外@@@@，还通过@@举例@@说明二极管@@的@@@@恢复特性@@是@@决定@@@@MOSFET 或@@ IGBT导通@@开关损耗@@@@的@@主要因素@@，讨论二极管@@恢复性能@@@@对@@于@@硬开关@@拓扑@@的@@影响@@@@。

导通@@损耗@@@@

除@@了@@@@IGBT的@@电压@@下降@@时@@间@@较@@长外@@@@，IGBT和@@功率@@@@MOSFET的@@导通@@@@特性@@十分@@类似@@@@。由@@基@@本的@@@@IGBT等效电路@@@@@@（见图@@@@1）可看出@@@@，完全调节@@PNP BJT集电极@@基@@极@@区的@@少@@数载流子@@所需的@@@@时@@间@@导致了@@导通@@电压@@拖尾出@@现@@。

这种延迟引起了@@类饱和@@效应@@@@，使@@集电极@@@@/发射极@@电压@@@@不能@@立即@@下降到@@其@@@@VCE(sat)值@@。这种效应@@也@@导致了@@在@@@@ZVS情况下@@，在@@负载电流@@从@@组合封装@@的@@@@反向@@并联二极管@@转换@@到@@@@@@IGBT的@@集电极@@@@的@@瞬间@@，VCE电压@@会上@@升@@。IGBT产品@@规格书中@@@@列出@@的@@@@Eon能@@耗是@@每一转换@@周期@@Icollector与@@VCE乘积的@@时@@间@@积分@@@@，单位为@@焦耳@@，包含了@@与@@类饱和@@相关@@的@@其@@他损耗@@@@。其@@又分@@为@@两个@@@@Eon能@@量参数@@，Eon1和@@Eon2。Eon1是@@没@@有@@包括@@与@@硬开关二极管@@恢复损耗@@相关@@能@@耗的@@功率@@@@损耗@@@@；Eon2则包括@@了@@与@@二极管@@恢复相关@@的@@硬开关导通@@能@@耗@@，可通过@@恢复与@@@@IGBT组合封装@@的@@@@二极管@@相同@@的@@二极管@@来测量@@，典型@@@@的@@@@Eon2测试@@电路@@@@如@@图@@@@@@2所示@@。IGBT通过@@两个@@脉冲@@进行开关转换@@来测量@@Eon。第一个@@@@脉冲@@将@@增大@@电感电流@@以@@达致所需的@@@@测试@@@@电流@@@@，然后@@@@第二个@@脉冲@@会测量测试@@电流@@在@@二极管@@上@@恢复的@@@@Eon损耗@@。

在@@硬开关@@导通@@的@@情况下@@@@@@，栅极@@驱动@@@@@@电压@@和@@阻抗以@@及整流二极管@@的@@@@恢复特性@@决定@@了@@@@Eon开关损耗@@@@。对@@于@@像传统@@CCM升压@@PFC电路@@@@来说@@@@，升压@@二极管@@恢复特性@@在@@@@Eon (导通@@) 能@@耗的@@控制中@@极为@@重要@@。除@@了@@@@选择具有@@@@最小@@@@Trr和@@QRR的@@升压@@二极管@@之外@@@@，确保@@该@@二极管@@拥有@@软恢复特性@@也@@非常重要@@。软化度@@@@，即@@tb/ta比@@率@@，对@@开关器件@@产生的@@电气噪声和@@电压@@尖脉冲@@有@@相当@@的@@影响@@@@。某些高@@速二极管@@在@@时@@间@@@@tb内@@，从@@IRM(REC)开始的@@电流@@@@下降速率@@@@(di/dt)很高@@@@，故会在@@@@电路@@@@寄生电感中@@产生高@@电压@@尖脉冲@@@@。这些@@电压@@尖脉冲@@会引起电磁干扰@@(EMI)，并可能@@在@@二极管@@上@@导致过高@@的@@反向@@电压@@@@。

在@@硬开关@@电路@@@@中@@@@@@，如@@全桥@@和@@半桥@@拓扑@@@@中@@@@，与@@IGBT组合封装@@的@@@@是@@快@@恢复管或@@@@MOSFET体二极管@@@@，当@@对@@应的@@@@开关管导通@@时@@@@二极管@@有@@电流@@经过@@，因而@@二极管@@的@@@@恢复特性@@决定@@了@@@@Eon损耗@@。所以@@@@，选择具有@@@@快@@速体二极管@@@@恢复特性@@的@@@@MOSFET十分@@重要@@。不幸的@@是@@@@，MOSFET的@@寄生二极管@@或@@体二极管@@@@的@@恢复特性@@比@@业界目前@@使@@用@@的@@分@@立@@二极管@@要缓慢@@@@。因此@@，对@@于@@硬开关@@MOSFET应用@@而@@言@@@@，体二极管@@@@常常是@@决定@@@@SMPS工作频率@@的@@限制因素@@。

一般来说@@@@，IGBT组合封装@@二极管@@的@@@@选择要与@@其@@应用@@匹配@@，具有@@@@较@@低@@@@正向@@传导损耗@@@@的@@较@@慢@@型@@超快@@二极管@@与@@较@@慢@@的@@@@低@@@@VCE(sat)电机驱动@@@@@@IGBT组合封装@@在@@一起@@。相反@@地@@，软恢复超快@@二极管@@@@，可与@@高@@频@@SMPS2开关模式@@@@IGBT组合封装@@在@@一起@@。

除@@了@@@@选择正确的@@二极管@@外@@@@，设计@@人员还能@@够通过@@调节栅极@@驱动@@@@@@导通@@源@@阻抗来控制@@Eon损耗@@。降低@@@@驱动@@@@源@@阻抗将@@提高@@@@@@IGBT或@@MOSFET的@@导通@@@@di/dt及减小@@@@Eon损耗@@。Eon损耗@@和@@@@EMI需要折中@@@@，因为@@@@较@@高@@@@的@@@@di/dt会导致电压@@尖脉冲@@@@、辐射和@@传导@@EMI增加@@。为@@选择正确的@@栅极@@驱动@@@@@@阻抗@@以@@满足@@导通@@@@di/dt 的@@需求@@，可能@@需要进行电路@@@@内@@部@@测试@@与@@验证@@，然后@@@@根据@@MOSFET转换@@曲线@@可以@@确定@@大@@概的@@值@@@@@@ (见图@@@@3)。

假定在@@导通@@时@@@@@@，FET电流@@上@@升到@@@@10A，根据图@@@@3中@@25℃的@@那条曲线@@@@，为@@了@@达到@@@@@@10A的@@值@@@@，栅极@@电压@@必须从@@@@5.2V转换@@到@@@@6.7V，平均@@GFS为@@10A/(6.7V-5.2V)=6.7mΩ。

公式@@@@1 获得所需导通@@@@di/dt的@@栅极@@驱动@@@@@@阻抗@@

把@@平均@@@@GFS值@@运用到@@公式@@@@@@1中@@，得到@@栅极@@驱动@@@@@@电压@@@@Vdrive=10V，所需的@@@@ di/dt=600A/μs，FCP11N60典型@@@@值@@@@VGS(avg)=6V，Ciss=1200pF；于是@@@@可以@@计算@@出@@导通@@栅极@@驱动@@@@@@阻抗为@@@@@@37Ω。由@@于@@在@@@@图@@@@3的@@曲线@@中@@瞬态@@GFS值@@是@@一条斜线@@，会在@@@@Eon期间出@@现变化@@，意味着@@di/dt也@@会变化@@。呈指数衰减的@@栅极@@驱动@@@@@@电流@@@@Vdrive和@@下降的@@@@Ciss作为@@@@VGS的@@函数@@也@@进入了@@该@@公式@@@@@@，表@@现具有@@@@令人惊讶的@@线性电流@@上@@升的@@总@@体效应@@@@。

同样@@的@@@@，IGBT也@@可以@@进行类似@@的@@栅极@@驱动@@@@@@导通@@阻抗计算@@@@，VGE(avg) 和@@GFS可以@@通过@@@@IGBT的@@转换@@特性@@曲线@@来确定@@，并应用@@@@VGE(avg)下的@@@@CIES值@@代替@@Ciss。计算@@所得的@@@@IGBT导通@@栅极@@驱动@@@@@@阻抗为@@@@100Ω，该@@值@@比@@前面的@@@@37Ω高@@，表@@明@@IGBT GFS较@@高@@@@，而@@CIES较@@低@@@@。这里的@@关键之处在@@于@@，为@@了@@从@@@@MOSFET转换@@到@@@@IGBT，必须对@@栅极@@驱动@@@@@@电路@@@@进行调节@@。

传导损耗@@@@需谨慎@@

在@@比@@较@@@@额定@@值@@@@为@@@@600V的@@器件@@时@@@@，IGBT的@@传导损耗@@@@一般比@@相同@@芯片@@大@@小的@@@@600 V MOSFET少@@。这种比@@较@@@@应该@@是@@在@@@@集电极@@和@@漏极电流@@密度@@@@可明显感测@@，并在@@指明最差情况下@@的@@工作结@@温@@下进行的@@@@。例@@如@@@@，FGP20N6S2 SMPS2 IGBT 和@@ FCP11N60 SuperFET均具有@@@@@@1℃/W的@@RθJC值@@。图@@4显示@@了@@@@在@@@@125℃的@@结@@温@@@@下传导损耗@@@@与@@直@@流电流@@的@@关系@@，图@@中@@@@曲线@@表@@明@@在@@直@@流电流@@大@@于@@2.92A后@@，MOSFET的@@传导损耗@@@@更大@@@@。

不过@@，图@@4中@@的@@@@直@@流传导损耗@@@@比@@较@@@@不适用于@@大@@部@@分@@@@@@应用@@@@。同时@@@@，图@@5中@@显示@@了@@@@传导损耗@@@@在@@@@CCM (连续电流@@模式@@@@)、升压@@PFC电路@@@@，125℃的@@结@@温@@@@以@@及@@85V的@@交@@流输入电压@@@@@@Vac和@@400 Vdc直@@流输出@@电压@@的@@工作模式@@下的@@@@比@@较@@@@曲线@@@@。图@@中@@@@，MOSFET-IGBT的@@曲线@@相交@@点为@@@@2.65A RMS。对@@PFC电路@@@@而@@言@@@@，当@@交@@流输入电流@@@@大@@于@@2.65A RMS时@@，MOSFET具有@@@@较@@大@@的@@传导损耗@@@@@@。2.65A PFC交@@流输入电流@@@@等于@@MOSFET中@@由@@公式@@@@@@2计算@@所得的@@@@2.29A RMS。MOSFET传导损耗@@@@、I2R，利用公式@@@@@@2定义的@@电流@@@@和@@@@MOSFET 125℃的@@RDS(on)可以@@计算@@得出@@@@。把@@RDS(on)随漏极电流@@变化的@@因素考虑在@@内@@@@，该@@传导损耗@@@@还可以@@进一步精确化@@，这种关系如@@图@@@@@@6所示@@。

一篇名为@@@@“如@@何将@@功率@@@@MOSFET的@@RDS(on)对@@漏极电流@@瞬态值@@的@@依赖性包含到@@高@@频三相@@PWM逆变@@器@@的@@传导损耗@@@@计算@@中@@@@”的@@IEEE文章描述了@@如@@何确定漏极电流@@对@@传导损耗@@@@的@@影响@@@@。作为@@@@ID之函数@@，RDS(on)变化对@@大@@多数@@SMPS拓扑@@的@@影响@@很小@@。例@@如@@@@，在@@PFC电路@@@@中@@@@，当@@FCP11N60 MOSFET的@@峰值@@电流@@@@ID为@@11A——两倍@@于@@5.5A (规格书中@@@@RDS(on) 的@@测试@@@@条件@@@@@@) 时@@，RDS(on)的@@有@@效值@@和@@传导损耗@@@@会增加@@@@5％。

在@@MOSFET传导极小占空比@@的@@高@@脉冲@@电流@@拓扑@@结@@构@@@@中@@@@，应该@@考虑图@@@@6所示@@的@@特性@@@@。如@@果@@FCP11N60 MOSFET工作在@@一个@@@@电路@@@@中@@@@@@，其@@漏极电流@@为@@占空比@@@@7.5%的@@20A脉冲@@ (即@@5.5A RMS)，则有@@效的@@@@RDS(on)将@@比@@@@5.5A（规格书中@@@@的@@测试@@@@电流@@@@）时@@的@@@@0.32欧姆大@@@@25%。

公式@@@@2 CCM PFC电路@@@@中@@@@的@@@@RMS电流@@

式@@2中@@，Iacrms是@@PFC电路@@@@RMS输入电流@@@@；Vac是@@PFC电路@@@@RMS输入电压@@@@；Vout是@@直@@流输出@@电压@@@@。

在@@实际应用@@中@@@@@@，计算@@IGBT在@@类似@@@@PFC电路@@@@中@@@@的@@@@传导损耗@@@@将@@更加复杂@@，因为@@@@每个@@开关周期都@@在@@不同的@@@@IC上@@进行@@。IGBT的@@VCE(sat)不能@@由@@一个@@@@阻抗表@@示@@@@，比@@较@@@@简单直@@接的@@方法@@是@@将@@其@@表@@示@@为@@阻抗@@RFCE串联一个@@@@固定@@VFCE电压@@，VCE(ICE)=ICE×RFCE+VFCE。于是@@@@，传导损耗@@@@便可以@@计算@@为@@平均@@集电极@@电流@@@@与@@@@VFCE的@@乘积@@，加上@@@@RMS集电极@@电流@@@@的@@平方@@，再乘以@@阻抗@@RFCE。

图@@5中@@的@@@@示例@@仅考虑了@@@@CCM PFC电路@@@@的@@传导损耗@@@@@@，即@@假定设计@@目标@@在@@维持@@最差情况下@@的@@传导损耗@@@@小于@@@@15W。以@@FCP11N60 MOSFET为@@例@@@@，该@@电路@@@@被限制在@@@@5.8A，而@@FGP20N6S2 IGBT可以@@在@@@@9.8A的@@交@@流输入电流@@@@下工作@@。它可以@@传导超过@@@@MOSFET 70% 的@@功率@@@@。

虽然@@IGBT的@@传导损耗@@@@较@@小@@，但@@大@@多数@@600V IGBT都@@是@@@@PT (穿透@@) 型@@器件@@@@。PT器件@@具有@@@@@@NTC (负温度@@@@系数@@)特性@@，不能@@并联分@@流@@。或@@许@@，这些@@器件@@可以@@通过@@@@匹配器件@@@@VCE(sat)、VGE(TH) (栅射阈值@@电压@@@@@@) 及机械封装@@以@@有@@限的@@成效进行并联@@，以@@使@@得@@@@IGBT芯片@@们的@@温度@@@@可以@@保持一致的@@变化@@。相反@@地@@，MOSFET具有@@@@PTC (正温度@@@@系数@@)，可以@@提供@@良好@@的@@电流@@@@分@@流@@。

关断@@损耗@@@@ —问@@题尚未结@@束@@

在@@硬开关@@、钳位感性电路@@@@中@@@@@@，MOSFET的@@关断@@损耗@@@@比@@@@IGBT低@@得多@@，原因在@@于@@IGBT 的@@拖尾电流@@@@@@，这与@@@@清除@@图@@@@1中@@PNP BJT的@@少@@数载流子@@有@@关@@@@。图@@7显示@@了@@@@集电极@@电流@@@@@@ICE和@@结@@温@@@@Tj的@@函数@@Eoff，其@@曲线@@在@@大@@多数@@IGBT数据表@@中@@都@@有@@提供@@@@。这些@@曲线@@基@@于@@钳位感性电路@@@@且@@测试@@电压@@相同@@@@，并包含拖尾电流@@@@能@@量损耗@@@@。

图@@2显示@@了@@@@用于测量@@IGBT Eoff的@@典型@@@@@@测试@@电路@@@@@@，它的@@测试@@@@电压@@@@，即@@图@@@@2中@@的@@@@VDD，因不同制造@@商及个@@别器件@@的@@@@@@BVCES而@@异@@。在@@比@@较@@@@器件@@时@@应考虑这测试@@条件@@@@中@@的@@@@@@VDD，因为@@@@在@@较@@低@@@@的@@@@VDD钳位电压@@下进行测试@@和@@工作将@@导致@@Eoff能@@耗降低@@@@@@。

降低@@@@栅极@@驱动@@@@@@关断@@阻抗对@@减小@@@@IGBT Eoff损耗@@影响极微@@。如@@图@@@@1所示@@，当@@等效的@@多数载流子@@MOSFET关断@@时@@@@，在@@IGBT少@@数载流子@@BJT中@@仍存在@@@@存储@@时@@间@@延迟@@td(off)I。不过@@，降低@@@@Eoff驱动@@@@阻抗将@@会减少@@米勒电容@@CRES和@@关断@@@@VCE的@@dv/dt造成的@@电流@@@@注@@到@@栅极@@驱动@@@@@@回路@@中@@的@@@@风险@@，避免使@@器件@@重新偏置为@@传导状态@@，从@@而@@@@导致@@多个@@产生@@Eoff的@@开关动@@作@@。

ZVS和@@ZCS拓扑@@在@@降低@@@@@@MOSFET和@@IGBT的@@关断@@损耗@@@@方面很有@@优势@@。不过@@ZVS的@@工作优点在@@@@IGBT中@@没@@有@@那么大@@@@，因为@@@@当@@集电极@@电压@@上@@升到@@允许多@@余存储@@电荷@@进行耗散的@@电势值@@时@@@@，会引发拖尾冲击电流@@@@Eoff。ZCS拓扑@@可以@@提升最大@@@@的@@@@IGBT Eoff性能@@@@。正确的@@栅极@@驱动@@@@@@顺序可使@@@@IGBT栅极@@信号@@在@@第二个@@集电极@@电流@@@@过零点以@@前@@不被清除@@@@，从@@而@@@@显著降低@@@@@@IGBT ZCS Eoff 。

MOSFET的@@Eoff能@@耗是@@其@@米勒电容@@Crss、栅极@@驱动@@@@@@速度@@@@、栅极@@驱动@@@@@@关断@@源@@阻抗及源@@极功率@@电路@@@@路@@径中@@寄生电感的@@函数@@@@。该@@电路@@@@寄生电感@@Lx (如@@图@@@@8所示@@) 产生一个@@@@电势@@，通过@@限制电流@@速度@@下降而@@增加@@关断@@损耗@@@@@@。在@@关断@@时@@@@@@，电流@@下@@降速度@@@@di/dt由@@Lx和@@VGS(th)决定@@。如@@果@@Lx=5nH，VGS(th)=4V，则最大@@@@电流@@@@下@@降速度@@@@为@@@@VGS（th）/Lx=800A/μs。

总@@结@@@@

在@@选用@@功率@@开关器件@@时@@@@，并没@@有@@万@@全的@@解决方案@@，电路@@@@拓扑@@@@、工作频率@@、环境温度@@@@和@@物理尺寸@@@@@@，所有@@@@这些@@约束都@@会在@@@@做出@@最佳选择时@@起着作用@@。

在@@具有@@@@最小@@@@Eon损耗@@的@@@@ZVS 和@@ ZCS应用@@中@@@@，MOSFET由@@于@@具有@@@@较@@快@@的@@开关速度@@@@和@@较@@少@@的@@关断@@损耗@@@@@@，因此@@能@@够在@@较@@高@@@@频率下工作@@。

对@@硬开关应用@@而@@言@@@@@@，MOSFET寄生二极管@@的@@@@恢复特性@@可能@@是@@个@@缺点@@。相反@@，由@@于@@IGBT组合封装@@内@@的@@@@二极管@@与@@特定应用@@匹配@@，极佳的@@软恢复二极管@@可与@@更高@@速的@@@@SMPS器件@@相配合@@。

后@@语@@

MOSFE和@@IGBT是@@没@@有@@本质区别的@@@@，人们常问@@的@@@@“是@@MOSFET好@@还是@@@@@@IGBT好@@”这个@@问@@题本身就是@@错误的@@@@。至@@于我们为@@何有@@时@@用@@MOSFET，有@@时@@又不用@@MOSFET而@@采用@@@@IGBT，不能@@简单的@@用好@@和@@坏来区分@@@@，来判定@@，需要用@@辩证的@@方法@@来考虑这个@@问@@题@@。

本文转载自@@：半导体材料与@@工艺@@设备@@

MOSFET
IGBT

如@@何通@@过@@优化@@模块@@布局@@解决芯片@@缩小@@带来的@@电气性能@@@@挑战@@

judy — Mon, 20 Mar 2023 07:23:53 +0000

作者@@：Jan Baurichter，来源@@@@：英@@飞@@凌@@@@工业@@半导体@@

在@@本文的@@第一部@@分@@@@@@——《如@@何通@@过@@改进@@IGBT模块@@布局@@来克服芯片@@缩小@@带来的@@热@@性能@@@@挑战@@》，我们提到@@尺寸@@和@@功率@@@@往往看起来像硬币的@@两面@@。当@@你缩小@@尺寸@@时@@@@，你不可避免地会降低@@@@功率@@@@。在@@那篇文章中@@@@，我们介绍@@了@@芯片@@缩小@@对@@热@@性能@@@@的@@影响@@@@，以@@及如@@何通@@过@@优化@@芯片@@位置和@@模块@@布局@@来减轻这种影响@@。现在@@@@，让我们来看看我们如@@何能@@够改善电气性能@@@@@@。同样@@，我们将@@以@@采用@@@@TRENCHSTOP™ IGBT 7技术@@的@@新型@@@@@@1200V、600A EconoDUAL™ 3模块@@为@@例@@@@@@，该@@模块@@针对@@@@通用驱动@@@@@@（GPD）、商业@@、建筑和@@农业车辆@@（CAV）、不间断电源@@@@（UPS）和@@太阳能@@@@等应用@@进行了@@优化@@@@。

1200V TRENCHSTOP™ IGBT 7中@@功率@@技术@@与@@以@@前@@的@@@@@@IGBT 4技术@@相比@@@@@@，芯片@@缩小@@了@@约@@30%。芯片@@放置和@@模块@@布局@@可以@@对@@较@@小的@@芯片@@的@@热@@性能@@@@产生积极的@@影响@@@@，但@@它们也@@会影响开关损耗@@@@@@。

小芯片@@的@@电气挑战@@

在@@EconoDUAL™ 3这样@@的@@中@@等功率@@模块@@@@中@@@@，需要并联多个@@芯片@@以@@实现高@@模块@@电流@@@@@@。为@@了@@充分@@利用芯片@@技术@@的@@开关性能@@@@@@，一个@@@@适当@@的@@模块@@设计@@是@@关键@@，这意味着@@@@并联芯片@@的@@对@@称性非常重要@@。

开关速度@@和@@损耗@@的@@@@一个@@@@限制因素是@@在@@@@@@IGBT开启期间从@@二极管@@到@@@@IGBT之间@@的@@换流@@。图@@1说明了@@在@@相同@@的@@@@@@di/dt，和@@相同@@的@@@@IGBT和@@二极管@@技术@@和@@尺寸@@下@@，两种@@不同模块@@布局@@的@@@@IGBT开启过程@@。

图@@1：模块@@布局@@V1和@@V2的@@IGBT 7开启过程@@，开关速度@@相同@@@@

当@@电流@@开始上@@升时@@@@，CE电压@@下降@@。两种@@不同布局之间@@的@@一个@@@@明显区别是@@@@，电压@@（Vce）在@@V1中@@显示@@出@@一个@@@@驼峰曲线@@@@，这是@@@@由@@@@二极管@@的@@@@恢复过程造成的@@@@。二极管@@的@@@@电流@@需要过零@@，以@@便能@@够承担电压@@@@。从@@这点开始@@，IGBT可以@@将@@@@电压@@转移到@@二极管@@上@@@@，让自己的@@电压@@下降@@@@，直@@到@@达到@@@@饱和@@状态@@（Vcesat）。

由@@于@@芯片@@并联@@，最慢@@的@@二极管@@决定@@了@@整体开关速度@@@@。尽管@@两种@@布局在@@第一阶段显示@@了@@@@相等的@@@@di/dt，但@@V2有@@一个@@@@较@@高@@@@的@@反向@@恢复电流@@峰值@@@@，而@@V1在@@最后@@阶段显示@@了@@@@一个@@@@较@@高@@@@的@@反向@@恢复拖尾电流@@@@@@。这表@@明@@@@两种@@布局的@@二极管@@恢复过程是@@不同的@@@@，而@@且@@@@它直@@接影响到@@@@IGBT的@@开通@@损耗@@@@和@@二极管@@的@@@@关断@@损耗@@@@@@。为@@了@@更清楚地看到@@这一点@@，你可以@@比@@较@@@@@@V1和@@V2的@@模块@@布局@@的@@简化原理图@@@@（图@@2）。

比@@较@@@@模块@@布局@@原理图@@以@@改善换流能@@力@@@@

图@@2：模块@@布局@@V1和@@V2的@@简化示意图@@@@@@。低@@边@@IGBT的@@开启过程@@和@@反向@@恢复电流@@的@@电流@@@@路@@径用红色标@@出@@@@。

在@@V1中@@，高@@边@@（HS）和@@低@@边@@@@（LS）的@@所有@@@@@@IGBT和@@FWD被分@@别并联@@，然后@@@@通过@@一个@@@@公共电感@@（LHS）连接@@。在@@LS IGBT的@@开启过程@@中@@@@，所有@@@@的@@@@@@高@@边@@二极管@@与@@低@@边@@@@IGBT通过@@这个@@单一的@@公共电感进行换向@@@@@@，这降低@@@@了@@反向@@恢复电流@@上@@升阶段的@@@@di/dt，从@@而@@@@导致@@载流子的@@提取速度@@变慢@@@@。

在@@V2中@@，使@@用@@了@@不同的@@物理布局@@。在@@这里@@，每个@@高@@边@@二极管@@可以@@在@@@@它自己的@@电流@@@@路@@径上@@与@@相应的@@低@@边@@@@IGBT直@@接换向@@@@@@。这导致了@@在@@二极管@@电流@@的@@过零点到@@反向@@恢复电流@@峰值@@之间@@的@@阶段有@@一个@@@@更陡峭的@@@@di/dt。更多的@@电荷@@载流子在@@第一阶段被提取@@，而@@二极管@@可以@@更快@@地建立电压@@@@（图@@3）。

图@@3：在@@相同@@的@@@@di/dt开关速度@@下@@，模块@@布局@@V1和@@V2的@@二极管@@关断@@@@

当@@从@@所有@@@@二极管@@中@@提取载流子的@@过程是@@同步的@@@@，IGBT电压@@可以@@更快@@地下降@@，降低@@@@IGBT开启的@@开关损耗@@@@@@。最好@@的@@情况是@@当@@并联的@@@@IGBT可以@@直@@接与@@对@@面的@@各自的@@续流二极管@@@@@@（FWD）换向@@@@，所有@@@@的@@@@@@路@@径都@@有@@理想的@@相同@@电感@@。尽管@@V2中@@低@@边@@和@@高@@边@@的@@不对@@称性增加@@了@@@@@@，但@@可以@@实现整体开关损耗@@@@的@@巨大@@减少@@@@--在@@相同@@的@@@@di/dt下约为@@@@7%（图@@4）。

图@@4：在@@图@@@@2和@@图@@@@4所示@@的@@开关条件@@下@@@@，模块@@布局@@V1和@@V2的@@相对@@@@@@IGBT 7开关损耗@@@@。

比@@较@@@@1200V 600A TRENCHSTOP™ IGBT 7与@@前一代@@@@IGBT 4的@@热@@和@@电气性@@

从@@本文的@@第一部@@分@@@@@@--以@@及现在@@@@的@@第二部@@分@@@@@@--可以@@看出@@@@，优化@@模块@@布局@@对@@散热@@和@@电气性能@@@@都@@有@@重大@@影响@@。但@@是@@@@，这在@@实践中@@是@@如@@何应用@@的@@呢@@@@？为@@此@@，让我们比@@较@@@@一下以@@前@@的@@@@EconoDUAL™ 3 1200V, 600A with TRENCHSTOP™ IGBT4配备的@@模块@@布局@@@@V1（FF600R12ME4_B72）和@@新的@@@@@@EconoDUAL™ 3 1200V, 600A with TRENCHSTOP™ IGBT7配备的@@模块@@布局@@@@V2。

为@@了@@得到@@一个@@@@实际的@@比@@较@@@@@@，让我们看看典型@@@@应用@@条件@@下@@的@@性能@@@@@@（图@@5）。我们在@@逆变@@器@@工作模式@@下运行@@@@模块@@@@，采用@@强@@制空气散热@@器@@冷却@@。为@@了@@获得模块@@的@@完整热@@图@@像@@，我们用红外@@相机测量了@@@@IGBT和@@FWD的@@结@@温@@@@。

图@@5：典型@@@@仿真条件@@@@

受到@@二极管@@瞬变的@@限制@@，IGBT4模块@@（FF600R12ME4_B72）是@@在@@@@du/dt为@@4.1kV/μs时@@测试@@的@@@@。IGBT7模块@@是@@在@@@@两个@@不同的@@开关速度@@@@@@--5 kV/μs和@@6.5kV/μs--下测量的@@@@。从@@图@@@@6中@@的@@@@结@@果可以@@看出@@@@@@，IGBT4模块@@的@@最大@@@@有@@效值@@电流@@@@为@@@@490A，而@@IGBT7模块@@在@@@@5kV/μs的@@IGBT（du-dt）on下最大@@@@可输出@@@@520A的@@电流@@@@，在@@6.5kV/μs的@@IGBT（du-dt）on下输出@@电流@@@@可达到@@@@@@535A。这意味着@@@@，在@@典型@@@@的@@@@应用@@条件@@下@@@@，新的@@@@EconoDUAL™ 3 1200V, 600A TRENCHSTOP™ IGBT7可以@@提供@@约@@8%的@@更高@@的@@输出@@有@@效值@@电流@@@@@@，而@@不会受到@@开关速度@@的@@限制@@。

图@@6：测量平均@@芯片@@温度@@@@@@Tvj,avg作为@@@@不同@@IGBT（du-dt）on的@@RMS输出@@电流@@@@IRMS的@@函数@@

这些@@数字表@@明@@@@，即@@使@@@@不改变@@芯片@@技术@@@@，也@@可以@@通过@@@@模块@@设计@@在@@热@@和@@电气方面实现更高@@的@@输出@@电流@@@@@@。在@@应用@@条件@@下@@的@@实际测量中@@@@，也@@证实了@@这些@@发现@@。

新开发的@@带有@@@@TRENCHSTOP™ IGBT7的@@EconoDUAL™ 3 1200V, 600A的@@整体开关损耗@@@@与@@前一代@@@@带有@@@@IGBT 4的@@产品@@相比@@@@可减少@@约@@10%至@@25%。此外@@@@，其@@静态损耗@@可降低@@@@@@20%。测量结@@果证实@@，在@@150°C时@@，输出@@电流@@@@增加@@了@@@@约@@@@7%，但@@如@@果@@使@@用@@@@IGBT7的@@过载运行@@温度@@@@高@@达@@@@175°C，这种差异会更加明显@@。

虽然@@芯片@@缩小@@可能@@会提高@@@@热@@阻@@，但@@是@@@@通过@@巧妙的@@模块@@设计@@@@，芯片@@的@@缩小@@却不一定导致应用@@性能@@@@下降@@。

如@@何通@@过@@改进@@IGBT模块@@布局@@来克服芯片@@缩小@@带来的@@热@@性能@@@@挑战@@

judy — Fri, 10 Mar 2023 02:02:02 +0000

作者@@：Jan Baurichter，来源@@@@：英@@飞@@凌@@@@工业@@半导体@@

尺寸@@和@@功率@@@@往往看起来像是@@硬币的@@两面@@。当@@你缩小@@尺寸@@时@@@@--这是@@@@我们行业中@@不断强@@调的@@目标@@之一@@--你不可避免地会降低@@@@功率@@@@。但@@情况一定是@@这样@@吗@@？如@@果@@将@@我们的@@@@思维从@@芯片@@转移到@@模块@@设计@@上@@@@，就不需要抛硬币了@@@@。

在@@IGBT模块@@中@@@@，芯片@@面积减小@@导致了@@热@@阻抗@@的@@增加@@@@，进而@@影响性能@@@@@@。但@@是@@@@，由@@于@@较@@小的@@芯片@@在@@基@@板@@上@@释放了@@更多的@@空间@@@@，因此@@有@@可能@@利用这些@@新的@@@@可用空间@@来优化@@模块@@的@@布局@@。在@@这篇文章中@@@@，我们将@@探讨如@@何调整模块@@设计@@来改善热@@性能@@@@@@。下篇@@将@@探讨如@@何改善电气性能@@@@@@。

作为@@@@参考@@，我们将@@使@@用@@采用@@@@TRENCHSTOP™ IGBT 7技术@@的@@新型@@@@@@1200V、600A EconoDUAL™ 3模块@@，该@@模块@@针对@@@@通用驱动@@@@@@（GPD）、商业@@、建筑和@@农业车辆@@（CAV）、不间断电源@@@@（UPS）和@@太阳能@@@@等应用@@进行了@@优化@@@@。

更小@@的@@芯片@@带来的@@散热@@挑战@@

与@@以@@前@@的@@@@IGBT 4技术@@相比@@@@@@，1200V TRENCHSTOP™ IGBT 7中@@功率@@芯片@@的@@技术@@特点@@是@@芯片@@缩小@@了@@约@@@@30%。一般来说@@@@，越小越好@@@@，但@@对@@一个@@@@相同@@电流@@等级的@@@@模块@@@@，更小@@的@@芯片@@意味着@@从@@相同@@的@@芯片@@面积中@@流过@@更多的@@电流@@@@@@。这导致了@@从@@芯片@@结@@到@@散热@@器@@的@@热@@阻@@抗@@增加@@@@。为@@了@@补偿@@，你可以@@使@@用@@高@@导电性的@@基@@板@@材料@@，改善基@@片与@@散热@@器@@的@@接触@@，或@@使@@用@@高@@导电性的@@热@@界面材料@@。然而@@@@，这种材料会导致更高@@的@@成本@@，所以@@@@它们往往不是@@设计@@者的@@首选@@。

每个@@人都@@喜欢免费@@的@@东西@@，不是@@吗@@？因此@@，让我们把@@注@@意力@@转移到@@基@@板@@上@@的@@@@“免费@@”空间@@。缩小@@30%的@@芯片@@使@@基@@板@@上@@有@@更多的@@可用空间@@@@。现在@@@@，我们如@@何利用这些@@新释放出@@来的@@空间@@来改善热@@阻抗@@@@？

在@@EconoDUAL™ 3这样@@的@@中@@等功率@@模块@@@@中@@@@，多个@@芯片@@并联使@@用@@@@，以@@实现高@@模块@@电流@@@@。由@@于@@并联@@，多芯片@@间存在@@@@热@@耦合@@。来自两个@@芯片@@的@@热@@锋在@@模块@@的@@某一点上@@重叠@@，这导致两个@@芯片@@的@@有@@效耦合面积减少@@@@（图@@1）。

图@@1：简化的@@模块@@横截面@@显示@@了@@@@两个@@芯片@@的@@热@@量扩散和@@热@@量重叠与@@芯片@@距离的@@关系@@。热@@量从@@芯片@@@@1流经直@@接键合的@@铜基@@板@@@@（DBC）、底板@@@@、TIM，并进入散热@@器@@@@。

优化@@IGBT模块@@布局@@，提高@@@@热@@性能@@@@@@

带有@@铜底板@@@@的@@模块@@对@@芯片@@之间@@的@@距离依赖性较@@小@@，因为@@@@铜底板@@@@为@@散热@@器@@提供@@了@@一个@@@@厚实@@、高@@传导性的@@热@@路@@径@@。然而@@@@，与@@其@@他优化@@模块@@布局@@的@@步骤相结@@合@@，芯片@@的@@位置可以@@产生@@重大@@影响@@。

图@@2：在@@不同的@@芯片@@放置和@@@@DBC设计@@下@@，EconoDUAL™ 3封装@@的@@@@散热@@层中@@的@@@@模拟@@温度@@@@分@@布@@

在@@图@@@@2中@@，你可以@@看到@@@@@@芯片@@放置在@@两个@@具有@@@@相同@@热@@堆的@@@@EconoDUAL™ 3模块@@布局@@上@@的@@差异@@。除@@了@@@@优化@@芯片@@的@@位置外@@@@，直@@接键合铜基@@板@@@@（DBC）的@@布局也@@会产生影响@@。通过@@在@@模块@@布局@@@@V2中@@使@@用@@三个@@@@较@@小的@@@@DBC--而@@不是@@@@V1中@@的@@@@两个@@较@@大@@的@@@@DBC，底板@@@@可以@@被优化@@@@，具有@@@@较@@低@@@@的@@弯曲度@@@@，从@@而@@@@改善与@@散热@@器@@的@@热@@接触@@。

为@@了@@了@@解芯片@@缩小@@@@、模块@@布局@@和@@@@DBC如@@何结@@合起来影响整体热@@阻抗@@@@（Rth,jh），我们测量了@@它们对@@各种@@@@IGBT 4和@@IGBT 7模块@@布局@@的@@影响@@@@。在@@图@@@@3的@@第二列@@（IGBT7，模块@@布局@@V1，DBC #1），你可以@@看到@@@@@@，通过@@简单地缩小@@芯片@@尺寸@@而@@不对@@布局做任何改变@@@@，IGBT的@@Rth,jh增加@@了@@@@大@@约@@20%。

图@@3：与@@前一代@@@@IGBT 4模块@@相比@@@@@@，通过@@模块@@布局@@@@、腔体优化@@和@@@@DBC厚度@@对@@@@Rth,jh的@@改进@@

我们在@@第三栏中@@更进一步@@（IGBT7，模块@@布局@@V2，DBC #1），显示@@了@@@@将@@模块@@的@@内@@部@@布局从@@@@2个@@DBC改为@@@@3个@@DBC的@@影响@@，如@@图@@@@2所示@@。这表@@明@@@@，通过@@模块@@布局@@@@，30%的@@芯片@@面积减小@@@@，仅使@@@@IGBT结@@-散热@@器@@Rth,jh增加@@了@@@@10%（IGBT7，模块@@布局@@V2，DBC #1）

为@@了@@适应需要更高@@的@@隔离电压@@的@@应用@@@@，可以@@增加@@@@DBC陶瓷的@@厚度@@@@。图@@3的@@最后@@一栏@@（IGBT7，模块@@布局@@V2，DBC #2）代表@@了@@具有@@@@更厚陶瓷基@@板@@的@@新设计@@@@：已经上@@市的@@@@1200V TRENCHSTOP™ IGBT 7。

下篇@@，我们将@@更多地研究芯片@@面积缩小@@有@@关@@的@@电气性能@@@@@@。

东芝@@最新款@@分@@立@@@@IGBT将@@大@@幅提高@@@@空调和@@工业@@设备@@的@@效率@@@@@@

judy — Fri, 10 Mar 2023 01:52:44 +0000

东芝@@电子@@@@188足彩外@@围@@app 及存储@@装置株式@@会社@@（“东芝@@”）今日@@宣布@@推出@@一款用于空调和@@工业@@设备@@大@@型@@电源@@的@@功率@@@@因数校正@@@@（PFC）电路@@@@[1]的@@650V分@@立@@IGBT---“GT30J65MRB”。该@@产品@@于今日@@开始支持批量出@@货@@。

功率@@半导体@@器件@@@@经过业界验证@@，对@@于@@节能@@工作意义重大@@@@，其@@中@@@@包括@@助力@@实现碳中@@和@@目标@@@@。由@@于@@在@@@@高@@功率@@的@@工业@@设备@@和@@家用电器@@中@@@@，例@@如@@@@变频@@器@@在@@空调中@@的@@@@应用@@越来越普遍@@，以@@及工业@@设备@@的@@大@@型@@电源@@需要降低@@@@功耗@@，因此@@对@@高@@效@@率@@开关器件@@的@@@@需求@@也@@在@@增长@@。这催生了@@对@@于@@@@PFC电路@@@@中@@@@低@@损耗@@开关器件@@和@@更高@@开关频率的@@需求@@@@。

东芝@@在@@其@@新款@@@@IGBT中@@引入了@@最新的@@@@工艺@@@@。优化@@的@@沟槽结@@构@@确保@@了@@行业领先@@@@[2]的@@0.35mJ（典型@@@@值@@@@）[3]的@@低@@开关损耗@@@@@@（关断@@损耗@@@@），与@@东芝@@当@@前产品@@@@GT50JR22相比@@@@降低@@@@了@@大@@约@@@@42%[4]。此外@@@@，新款@@IGBT还包含一个@@@@内@@置@@的@@二极管@@@@，其@@正向@@电压@@为@@@@@@1.2V（典型@@@@值@@@@）[5]，比@@GT50JR22降低@@@@了@@大@@约@@43%[5]。这些@@改进有@@助于显著提高@@@@设备效率@@@@。

对@@于@@使@@用@@东芝@@当@@前产品@@@@GT50JR22的@@空调@@PFC电路@@@@，其@@工作频率@@低@@于@@40kHz[6]。而@@GT30J65MRB是@@东芝@@首款用于@@60kHz[6]以@@下@@PFC的@@IGBT，其@@可通过@@降低@@@@开关损耗@@@@@@（关断@@损耗@@@@）来确保@@更高@@的@@工作频率@@@@。

东芝@@将@@继续扩大@@产品@@线@@，以@@充分@@适应市场@@趋势@@，并不断提高@@@@设备效率@@@@。

图@@1 关断@@损耗@@@@Eoff

图@@2 效率@@与@@@@壳温@@

应用@@：

家用电器@@（空调等@@）

工业@@设备@@（工厂自动@@化设备@@、多功能@@@@打印机等@@）

特性@@：

行业领先@@[2]的@@低@@开关损耗@@@@@@（关断@@损耗@@@@）：由@@最新工艺@@实现的@@@@Eoff＝0.35mJ[3]（典型@@@@值@@@@）

采用@@反向@@导通@@@@（RC）结@@构@@的@@内@@置@@续流二极管@@@@@@（FWD）

快@@速开关时@@间@@@@@@（下降时@@间@@@@）：tf＝40ns（典型@@@@值@@@@）（TC＝25℃、IC＝15A、RG＝56Ω）

低@@二极管@@正向@@电压@@@@@@：VF＝1.2V（典型@@@@值@@@@）（TC＝25℃、IF＝15A、VGE＝0V）

主要规格@@：

（除@@非另有@@说明@@，Ta＝25℃）

器件@@型@@号@@			GT30J65MRB
封装@@			TO-3P（N）
绝对@@最大@@@@@@ 额定@@值@@@@	集电极@@-发射极@@电压@@@@VCES（V）		650
	集电极@@电流@@@@（DC）IC（A）	TC＝25℃	60
		TC＝100℃	30
	结@@温@@Tj（℃）		175
集电极@@-发射极@@饱和@@电压@@@@ VCE(sat)典型@@@@值@@@@（V）		IC＝30A、VGE＝15V、TC＝25℃	1.40
开关时@@间@@@@（下降时@@间@@@@）tf典型@@@@值@@@@（ns）		电感负载@@、 VCE＝400V、IC＝15A、 VGE＝15V、RG＝56Ω、TC＝25℃	40
开关损耗@@@@（关断@@损耗@@@@） Eoff典型@@@@值@@@@（mJ）		电感负载@@、 VCE＝400V、IC＝15A、 VGE＝15V、RG＝56Ω、TC＝175℃	0.35
二极管@@正向@@电压@@@@VF典型@@@@值@@@@（V）		IF＝15A、VGE＝0V、TC＝25℃	1.20
结@@壳热@@阻@@Rth(j-c)最大@@@@值@@@@（℃/W）			0.75
库存查询与@@购买@@			在@@线购买@@

注@@：

[1] 功率@@因数校正@@（PFC）电路@@@@：该@@电路@@@@可减小@@电压@@和@@电流@@@@之间@@的@@相位差@@，使@@功率@@因数接近于@@1，以@@抑制开关电源@@@@中@@产生的@@谐波分@@量@@。

[2] 根据东芝@@截至@@@@@@2023年@@3月@@的@@调研@@。

[3] 测试@@条件@@@@：电感负载@@、VCE＝400V、IC＝15A、VGE＝15V、RG＝56Ω、TC＝175℃

[4] 截至@@@@2023年@@3月@@，东芝@@测量值@@@@（测试@@条件@@@@：VCC＝400V、IC＝15A、VGG＝+15V/0、RG＝56Ω、TC＝175℃）。

[5] 测试@@条件@@@@：IF＝15A、VGE＝0V、TC＝25℃

[6] 截至@@@@2023年@@3月@@，由@@东芝@@使@@用@@其@@@@PFC评估板@@测试@@得到@@的@@测量值@@@@。

如@@需了@@解新产品@@的@@更多信息@@@@，请访问@@@@以@@下@@网@@址@@：

GT30J65MRB

https://toshiba-semicon-storage.com/cn/semiconductor/product/optoelectronics/detail.GT30J65MRB.html

如@@需了@@解相关@@东芝@@@@IGBT的@@更多信息@@，请访问@@@@以@@下@@网@@址@@：

IGBT

https://toshiba-semicon-storage.com/cn/semiconductor/product/igbts-iegts/igbts.html

如@@需了@@解相关@@新产品@@在@@线分@@销商网@@站的@@供货情况@@@@，请访问@@@@以@@下@@网@@址@@：

GT30J65MRB

https://toshiba-semicon-storage.com/cn/semiconductor/where-to-buy/stockcheck.GT30J65MRB.html

关于@@东芝@@电子@@@@@@188足彩外@@围@@app 及存储@@装置株式@@会社@@

东芝@@电子@@@@188足彩外@@围@@app 及存储@@装置株式@@会社@@是@@先进的@@半导体和@@存储@@解决方案的@@领先供应商@@@@，公司@@累积了@@半个@@多世纪@@的@@经验和@@创新@@，为@@客户和@@合作伙伴提供@@分@@立@@半导体@@、系统@@LSI和@@HDD领域的@@杰出@@解决方案@@。

公司@@23,100名员工遍布世界各地@@，致力@@于实现产品@@价值@@的@@最大@@@@化@@，东芝@@电子@@@@188足彩外@@围@@app 及存储@@装置株式@@会社@@十分@@注@@重与@@客户的@@密切协作@@，旨在@@促进价值@@共创@@，共同开拓新市场@@@@，公司@@现已拥有@@超过@@@@7,110亿@@日@@元@@（62亿@@美元@@）的@@年@@销售额@@，期待为@@世界各地的@@人们建设更美好@@的@@未来@@并做出@@贡献@@。

如@@需了@@解有@@关@@@@东芝@@电子@@@@@@188足彩外@@围@@app 及存储@@装置株式@@会社@@的@@更多信息@@@@，请访问@@@@以@@下@@网@@址@@：https://toshiba-semicon-storage.com

如@@何手动@@计算@@@@IGBT的@@损耗@@@@

judy — Tue, 07 Mar 2023 03:32:51 +0000

作者@@：邱玉强@@@@，田斌@@ 来源@@@@：英@@飞@@凌@@@@工业@@半导体@@

现今随着@@高@@端测试@@仪器和@@仿真软件@@的@@普及@@，大@@部@@分@@@@@@的@@损耗@@@@@@计算@@都@@可以@@使@@用@@工具自动@@完成@@，节省了@@不少@@精力@@@@，不得不说这对@@工程师来说@@是@@一种解放@@，但@@是@@@@这些@@工具就像黑盒子@@，好@@学的@@小伙伴总@@想知道工作机理@@。其@@实基@@础都@@是@@@@大@@家学过的@@基@@本高@@等数学知识@@。今天@@作者@@就帮大@@家打开这个@@黑盒子@@，详细介绍一下@@IGBT损耗@@计算@@方法@@同时@@@@一起复习一下高@@等数学知识@@。

我们先来看一个@@@@@@IGBT的@@完整工作波形@@@@：

IGBT的@@损耗@@@@可以@@分@@为@@开关损耗@@@@和@@导通@@损耗@@@@@@，其@@中@@@@开关损耗@@@@又分@@为@@开通@@和@@关断@@@@两部@@分@@@@@@，下面我分@@别来看一下各部@@分@@@@的@@计算@@推导过程@@。

开关损耗@@@@-开通@@部@@分@@@@@@

我们先来看一下理想的@@@@IGBT开通@@波形@@@@：

我们需要先分@@别写出@@电流@@和@@电压@@的@@线性方程@@，先看电流@@线性方程@@@@：分@@别找到@@电流@@开关波形@@中@@的@@@@两个@@坐标@@@@(0,0) 和@@ (Δt_on, Ic) , 那么电流@@线性方程@@@@：

电压@@线性方程@@，同样@@找到@@电压@@波形@@中@@的@@@@两个@@坐标@@@@(0,Vce), (Δt-on,0),那么电压@@线性方程@@@@：

这样@@开关损耗@@@@中@@的@@@@开通@@部@@分@@@@@@计算@@公式@@@@我们就推导完成了@@@@，那是@@不是@@@@我们有@@了@@计算@@公式@@@@就可以@@直@@接用了@@呢@@@@？我们先来看看实际的@@开通@@波形@@@@@@：

上@@图@@是@@@@实测的@@@@IGBT开通@@波形@@@@，蓝色是@@@@Vce波形@@，红色是@@@@Ic波形@@。可以@@看到@@@@Ic在@@整个@@上@@升过程中@@还是@@@@比@@较@@@@线性的@@@@，但@@是@@@@Vce在@@跌落的@@时@@候斜率分@@成了@@几段@@，这个@@时@@候我们推导的@@理想开关波形@@的@@损耗@@@@似乎就没@@什么用了@@@@，那怎么办呢@@@@？

其@@实虽然@@我们之前的@@推导结@@果不能@@直@@接用@@，但@@是@@@@推导过程我们还是@@@@可以@@借鉴的@@@@，我们可以@@把@@整个@@波形@@根据@@Vce 的@@斜率分@@成几个@@部@@分@@@@来近似计算@@@@，如@@下@@图@@@@所示@@@@，对@@应时@@间@@分@@别是@@@@Δt1, Δt2, Δt3。

我们先来计算@@@@Δt1部@@分@@@@的@@损耗@@@@@@：

如@@上@@图@@@@，我们先找到@@电压@@和@@电流@@@@波形@@与@@@@Δt1时@@间@@标@@注@@线的@@四个@@交@@点@@@@，标@@注@@为@@@@：

A(0,Vce1), B(Δt1,Vce2), C(0,0), D(Δt1,Ic1).

Δt1内@@的@@@@Vce表@@达式@@@@：

从@@波形@@中@@可以@@读出@@@@:

Vce1=260V, Vce2=220V, Ic1=20.3A, Δt1=70ns, 带入上@@面公式@@@@可以@@得到@@@@：

我们用同样@@的@@@@方法@@计算@@@@Δt2部@@分@@@@：

同样@@先找到@@电压@@和@@电流@@@@波形@@与@@@@Δt2时@@间@@标@@注@@线的@@四个@@交@@点@@@@:

E(0,Vce2), F(Δt2,Vce3), G(0,Ic1), H(Δt2,Ic2).

Δt2内@@的@@@@Vce表@@达式@@@@：

Δt2内@@的@@@@损耗@@@@表@@达式@@@@及推导@@：

从@@波形@@中@@可以@@读出@@@@:

Vce3=50V, Vce2=220V,

Ic1=20.3A, Ic2=29.3A Δt2=40ns,带入上@@面公式@@@@可以@@得到@@@@

最后@@是@@@@Δt3部@@分@@@@：

四个@@交@@点@@:

I(0,Vce3), J(Δt3,Vce3), K(0,Ic2), L(Δt3,Ic3).

Δt3内@@的@@@@Vce我们取近似常数@@@@：

从@@示波器中@@可以@@读出@@@@:Vce3=40V, Ic2=29.3A, Ic3=19A Δt3=30ns, 带入上@@面公式@@@@可以@@得到@@@@

导通@@部@@分@@@@损耗@@计算@@@@

IGBT导通@@状态下处于饱和@@状态@@，我们只需要对@@导通@@状态下的@@@@饱和@@电压@@@@Vce和@@电流@@@@Ic乘积积分@@就可以@@@@：

但@@是@@@@导通@@状态下的@@@@@@Vce实际是@@和@@@@Ic关联的@@@@，Vce会随着@@@@Ic的@@变化而@@变化@@@@，我们直@@接拿下面的@@实际测试@@波形@@来举例@@分@@析@@：

从@@波形@@上@@看@@，Ic在@@IGBT导通@@状态下是@@线性上@@升的@@@@，对@@应的@@@@Vce应该@@也@@是@@线性增加@@的@@@@，但@@是@@@@因为@@@@实际测试@@中@@@@Vce有@@高@@压状态的@@原因@@@@，我们会选择高@@压差分@@探头测试@@@@。当@@IGBT导通@@时@@@@Vce只有@@@@1-2V, 这时@@@@差分@@探头对@@低@@压部@@分@@@@的@@测试@@@@精度@@就成了@@问@@题@@，那么我们怎么近似的@@计算@@这部@@分@@@@导通@@损耗@@@@呢@@@@？

我们可以@@参考规格书中@@@@的@@@@Vce曲线@@：

实际测试@@波形@@电流@@在@@@@20A左右@@，所以@@@@我们把@@@@20A左右@@的@@曲线@@单独放大@@取出@@来@@：

Vce表@@达式@@@@：

然后@@@@我们来看电流@@部@@分@@@@@@，首先@@我们在@@波形@@上@@取@@A，B两点@@，导通@@时@@@@间@@Δt,如@@下@@：

两个@@点坐标@@@@：A(0,Ic1), B(Δt,Ic2)：

Δt内@@的@@@@Ic表@@达式@@@@：

Δt内@@的@@@@导通@@@@损耗@@@@表@@达式@@@@及推导@@：

从@@波形@@中@@可以@@读出@@@@:Ic1=9.5A, Ic2=14A, Δt=14us,带入上@@面公式@@@@可以@@得到@@@@

注@@：关于@@Vce-Ic曲线@@，规格书中@@@@通常@@会提供@@常温@@(25度@@)和@@高@@温@@@@(150度@@或@@者@@@@175度@@)两种@@，为@@了@@贴近实际工作状态@@，建议选择高@@温@@曲线@@@@。

开关损耗@@@@-关断@@部@@分@@@@@@

先看理想的@@@@IGBT关断@@波形@@@@：

电流@@线性方程@@，分@@别找到@@电流@@开关波形@@中@@的@@@@两个@@坐标@@@@(0,Ic) 和@@ (Δt_off, 0) , 那么电流@@线性方程@@@@：

实际的@@关断@@波形@@@@@@@@：

基@@于@@上@@面实际关断@@波形@@@@的@@损耗@@@@计算@@@@，想给大@@家留个@@作业@@，计算@@方法@@可以@@参考开通@@损耗@@部@@分@@@@的@@计算@@推导过程@@，感兴趣的@@小伙伴可以@@试一下@@。

这样@@损耗@@的@@@@计算@@方法@@介绍完了@@@@，我们对@@于@@基@@础高@@等数学知识的@@复习也@@告一段落@@。课后@@作业部@@分@@@@欢迎感兴趣的@@小伙伴把@@计算@@过程整理出@@来@@，给我们投稿。

IGBT