新IGBT技術(shù)提高應用性能

在日益增長(cháng)的變頻器市場(chǎng)，許多廠(chǎng)商提供性能和尺寸各異的變換器類(lèi)型。這正是以低損耗和高開(kāi)關(guān)頻率而著(zhù)稱(chēng)的新IGBT技術(shù)施展的舞臺。在62毫米（當前模塊的標準尺寸）模塊中使用新IGBT技術(shù)使用戶(hù)可以因不必改變其機械設計概念而獲益。

基于平臺技術(shù)的標準62毫米SEMITRANS®模塊，由于針對IGBT和二極管采用了不同的半導體技術(shù)，因此適合于多種應用場(chǎng)合。采用標準尺寸模塊外殼這一事實(shí)意味著(zhù)用戶(hù)有更多可供選擇的供應商。新1200V系列模塊為我們展示了外殼和半導體之間的匹配是多么的完美，該系列產(chǎn)品基于英飛凌的IGBT4技術(shù)和賽米控穩健可靠的新CAL4二極管。

1. 半導體開(kāi)關(guān)中的IGBT和二極管

在電力電子里半導體器件IGBT和二極管僅作為開(kāi)關(guān)。

“理想的開(kāi)關(guān)”必須滿(mǎn)足以下條件：

? 通態(tài)壓降Vd = 0，與當前導通電流無(wú)關(guān)

? 反向電流Ir = 0，直到最大允許反向電壓

? 開(kāi)關(guān)損耗Psw = 0，與當前被切換的電流和直流母線(xiàn)電壓無(wú)關(guān)

? 熱阻Rth無(wú)足輕重，因為沒(méi)有損耗產(chǎn)生

然而，在實(shí)際的開(kāi)關(guān)中，存在大量的正向和開(kāi)關(guān)損耗。因而設計中的熱阻對模塊性能來(lái)說(shuō)是至關(guān)重要的。本文討論IGBT²、IGBT³以及SEMITRANS®模塊采用的新IGBT4 半導體技術(shù)之間的區別，并展示在某些情況下新IGBT4技術(shù)所帶來(lái)的性能提升。

2. 芯片技術(shù)的進(jìn)展

圖1顯示了基于英飛凌溝槽柵場(chǎng)截止（FS）IGBT4技術(shù)和賽米控CAL4續流二極管的新一代芯片的基本結構。

圖1：場(chǎng)漕柵場(chǎng)截止技術(shù)（FS） IGBT4和 CAL4 FWD的結構

IGBT4基本上是基于已知的IGBT³溝槽柵結構并結合經(jīng)優(yōu)化的包含n―襯底、n-場(chǎng)截止層和后端發(fā)射極的縱向結構。與第三代IGBT相比，這將使總損耗更低，開(kāi)關(guān)行為更為輕柔，同時(shí)芯片的面積也更小。此外，p/n結的最高結溫Tjmax從150°C升高至175°C。這將在靜態(tài)和動(dòng)態(tài)過(guò)載情況下建立一個(gè)新的安全裕度。IGBT4系列產(chǎn)品的特點(diǎn)是有一個(gè)為高、中、低功率應用而優(yōu)化的縱向結構；開(kāi)關(guān)性能和損耗適用于給定的功率等級。這里所展示的結果集中在中等功率范圍（50A-600A）的應用，采用的是低電感模塊，開(kāi)關(guān)速率在4-12kHz之間（這相當于IGBT4L）。