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电机系统消耗了近一半的电能[1]。与采用机械节流的定速操作相比，变速驱动器（VSD）节能效果显著。为了提高逆变率和进一步提高整个系统的效率，需要高效、鲁棒和低成本的功率半导体。 由于电机绝缘系统固有的局限性，开关速度的限制是驱动应用中的一个主要课题。因此，开关斜率（dv / dt）被限制在2到10kV /μs的范围内，典型5kV /μs的目标。此外，电机过载通常只需要很短的时间，例如在启动时提供初始分离扭矩。英飞凌全新的1200 V TRENCHSTOP™IGBT7和发射极控制二极管EC7技术满足了这些要求。IGBT7基于最新MPT技术[2]，与IGBT4相比，IGBT7的导通损耗明显降低。高水平的可控性以及在175℃下在短期过载条件下的运行。 主要优势包括： · 极低的导通电压，例如VCE（sat）= 1.65 V（@ Tvj = 125°C） · 过载时Tvj,op = 175°C · 增强了dv / dt的可控性 · dv / dt = 5 kV /μs时的开关损耗优化 · 具有降额曲线的8μs短路鲁棒性 · 改进的FWD（续流二极管）柔软度 · 高功率密度，最小40％的封装 · 成熟的封装技术和广泛的产品组合 IGBT7芯片技术 IGBT7单元概念的特点是实现了由亚微米台面分离的条纹模式沟槽单元[2]，与之前使用的方形沟槽单元形成对比。图1示出了具有可能的沟槽设计的MPT结构的示意图。 图1.芯片技术概述 对于具有较小单元间距和栅极区域之间的窄台面的沟槽单元，靠近发射极的载流子存储量明显增加。因此，漂移区导电性明显增加，导致正向电压大幅度降低。 与上一代IGBT4相比，IGBT7在降低静态损耗方面迈出了一大步，关断损耗基本相同。与IGBT4 T4芯片相比，其导通电压降低了约20％。在Tvj = 125°C时，典型值为1.65 V. 在最终应用中带来了明显损耗降低，特别是对于通常在中等开关频率下工作的工业驱动应用。 不仅IGBT本身而且IGBT7的FWD（发射极控制二极管EC7）专为驱动应用而定制。与之前的发射极控制二极管EC4相比，它具有100 mV低正向压降，并且改善了反向恢复柔和度[3]。 优化切换 提供来自逆变器的典型脉冲宽度调制（PWM）电压信号的电动机将在其绝缘系统中经受更高的电应力。由此产生的电压尖峰和上升时间可能导致电弧放电，最终导致线圈绝缘失效。因此，电机制造商通常建议在最坏情况下400V电机的dv / dt限值不超过5 kV /μs。 为此，TRENCHSTOP IGBT7提供高水平的可控性。可控性对应于器件通过调节栅极电阻（RG）的值来改变dv / dt的能力。反过来，这将影响总开关损耗（Etot）[3]。TRENCHSTOP IGBT7针对5 kV /μs左右的典型dv / dt值进行了固有优化。在TRENCHSTOP IGBT7数据手册中，dv / dt值和开关损耗是根据外部栅极电阻RG [4]提供的。导通dv / dt曲线指定为10％标称电流和室温，即额定电流和室温下的关断曲线。应该注意的是，dv / dt电平，尤其是导通dv / dt，不是绝对的，而是还取决于最终的测试设置。 作为示例，图2描绘了IGBT的dv / dt与100A模块FS100R12W2T7的栅极电阻RG的函数关系。在标称RG为1.8Ω时，关断dv / dt已经低于5 kV /μs，并且导通dv / dt非常接近此限值。图2显示了如果需要4 kV /μs的dv / dt时的栅极电阻值。 图2. FS100R12W2T7的IGBT dv / dt与栅极电阻RG的关系 图3显示了依赖于电阻的归一化开关损耗。对于4 kV /μs，总开关损耗仅比标称RG值高7％。 图3. T vj = 125°C时的开关损耗，V DC = 600 V归一化为I Cnom 使用IGBT7降低功率损耗 一个重要的设计目标是在显着提高功率密度的同时降低功率损耗[3]。这使最终用户能够构建更高效和可靠的电力电子系统。 在表1所示的典型应用条件下，对25A两个功率模块的逆变器级功率损耗进行了仿真。从图4可以看出，在给定的dv/dt限制下，开关损耗相似，但导通损耗明显降低。此外，二极管损耗也有所降低。总而言之，这将降低15%的功耗。 |
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