IGBT將實(shí)現十一五規劃能源消耗降低20％的關(guān)鍵

中國十一五規劃已明確提出：?jiǎn)挝粐鴥壬a(chǎn)總值能源消耗比“十五”期末要降低20%左右。由于電力是目前中國主要的工業(yè)能源，因此要實(shí)現國家的這一宏大生態(tài)目標，關(guān)鍵就是要有效降低工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中那些需要大電流和高電壓的應用的功耗，如交流電機控制、逆變器、繼電器、UPS電源、開(kāi)關(guān)電源、變頻器、有源濾波器、EPS電源、風(fēng)力發(fā)電設備、工業(yè)傳動(dòng)裝置、電梯或輔助傳動(dòng)設備、機車(chē)與列車(chē)用電源、以及供暖系統傳動(dòng)裝置等工業(yè)自動(dòng)化應用。

所有這些交流控制應用都需要一個(gè)能夠產(chǎn)生大電流和高電壓的核心功率器件，目前市場(chǎng)上的核心功率器件主要有MOSFET半導體場(chǎng)效應晶體管、雙極型功率晶體管和絕緣柵雙極型功率晶體管IGBT。MOSFET場(chǎng)效應晶體管具有開(kāi)關(guān)速度快和電壓型控制的特點(diǎn)，但其通態(tài)電阻大，難以滿(mǎn)足高壓大電流的要求；雙極型功率晶體管雖然能滿(mǎn)足高耐壓大電流的要求，但沒(méi)有快速的開(kāi)關(guān)速度，屬電流控制型器件，需要較大的功率驅動(dòng)。因此MOSFET半導體場(chǎng)效應晶體管和雙極型功率晶體管都不能滿(mǎn)足小型、高頻和高效率的要求，只有絕緣柵雙極型功率晶體管IGBT集MOSFET場(chǎng)效應晶體管的高速性能和雙極型功率晶體管的低電阻性能于一體，具有電壓型控制、輸入阻抗大、驅動(dòng)功率小、開(kāi)關(guān)速度快、工作頻率高、安全工作區大等優(yōu)點(diǎn)，這使得IGBT器件成為了這些大功率工業(yè)自動(dòng)化應用的理想功率開(kāi)關(guān)器件，因此能否有效地降低IGBT開(kāi)關(guān)元件的功耗也就成為實(shí)現中國十一五規劃能源消耗總目標的關(guān)鍵之一。

在即將于上海舉行的2007年慕尼黑電子展上，當今最領(lǐng)先的IGBT器件供應商，如三菱電機、塞米控、富士電機和英飛凌半導體等領(lǐng)先企業(yè)將為廣大的中國機電產(chǎn)品設計師帶來(lái)他們開(kāi)發(fā)的最新IGBT產(chǎn)品。例如，三菱電機公司將帶來(lái)其第五代高性能、小型化、低損耗智能功率模塊(IPM)，它的主要特點(diǎn)有：采用第5代新溝槽型IGBT(絕緣柵雙極晶體管)硅片，絕緣電壓最高達2500V，其功耗比第一代產(chǎn)品降低70%，體積大大減小，而且低損耗；7單元和6單元緊湊封裝；通過(guò)采用新的ASIC控制di/dt減少EMI；在硅片上設置溫度傳感器，使過(guò)溫保護更精確；制動(dòng)IGBT的額定電流提高到逆變IGBT的50%；最大輸出電流可達900A；開(kāi)關(guān)頻率可高達20KHz。

三菱電機率先在IGBT硅片上集成了反向導通二極管，并成功開(kāi)發(fā)出反向導通RC-IGBT，這可進(jìn)一步減少模塊內置硅片數量和配線(xiàn)數，以提高產(chǎn)品的性?xún)r(jià)比。采用散熱優(yōu)化的封裝結構使產(chǎn)品的熱阻與以往產(chǎn)品相比減小了約一半（減小45%），散熱特性得到改善。同時(shí)，針對去年7月起實(shí)行的歐洲RoHS指令，該模塊外部端子的電鍍層采用完全無(wú)鉛焊料，模塊內部的焊接也是完全無(wú)鉛化的，從而實(shí)現了模塊整體的無(wú)鉛化，完全滿(mǎn)足歐洲的RoHS標準。

英飛凌科技公司將帶來(lái)專(zhuān)為牽引驅動(dòng)而優(yōu)化的全新IHM/IHV B系列IGBT功率模塊和全新緊湊型PrimePACKTM IGBT模塊系列。借助全新IHM/IHV B系列IGBT功率模塊，用戶(hù)可設計出能夠在嚴酷的環(huán)境下正常工作，全面滿(mǎn)足大負荷與溫度循環(huán)要求的高效功率變頻器，如電力機車(chē)、電車(chē)的牽引驅動(dòng)裝置等。全新模塊擴展了英飛凌上一代IHM-A模塊的功能和規格，實(shí)現了熱阻性能的改善和負荷循環(huán)能力的提高，并將運行溫度提高至+150℃。
 
與同等尺寸的傳統變頻器相比，基于這種全新高功率模塊設計的變頻器的功率可提高50%。同時(shí)，因為IHM/IHV B模塊優(yōu)良的熱性能，運用它設計的變頻器的輸出電流在典型的工況下可以使得輸出電流的能力提高50% ，例如，3,300V模塊的額定電流從1,200A升至1,500A，增幅高達25%。這種全新模塊的最大運行溫度也從先前+125℃上升至+150℃。英飛凌還將這種模塊的最小貯存溫度從先前-40℃降低至-55℃。
 
IHM/IHV B系列模塊與成熟IHM-A系列產(chǎn)品完全兼容，這能夠讓用戶(hù)在不改變產(chǎn)品結構的情況下，進(jìn)行更新?lián)Q代。除改進(jìn)熱阻性能外，全新B系列模塊還可滿(mǎn)足一些要求非?？量痰膽?，如電力機車(chē)或電車(chē)的牽引驅動(dòng)裝置等對耐用性與可靠性的要求。在啟動(dòng)與停止階段，這些牽引驅動(dòng)裝置的溫度有很大的波動(dòng)。為了滿(mǎn)足牽引驅動(dòng)設備的性能需求，英飛凌為IHM/IHV B設計了碳化硅鋁（ALSiC）基板,與氮化鋁襯底結合使用，可將熱循環(huán)能力提高10倍。對于其他溫度變化幅度較小的應用，如工業(yè)傳動(dòng)、風(fēng)力發(fā)電和電梯等，英飛凌將提供使用銅基板的IHM/IHV B模塊。IHM/IHV B系列模塊的電流能夠做到3,600 A,電壓可達3,300 V。此外，這些新型模塊符合RoHS要求，并滿(mǎn)足NFF16-101和16-102的防火要求。

全新緊湊型PrimePACKTM IGBT模塊系列則可為各種工業(yè)傳動(dòng)裝置以及風(fēng)力發(fā)電、電梯以及其它傳動(dòng)設備、電力機車(chē)用電源及供暖系統傳動(dòng)裝置，提供優(yōu)化型功率轉換器系統解決方案。在這種基于創(chuàng )新型封裝概念的全新PrimePACKTM模塊中，IGBT芯片距基板緊固點(diǎn)更近，降低了基板與散熱器之間的熱阻?；谶@些特點(diǎn)，與傳統模塊相比，能夠使內部雜散電感降低60%左右。減少雜散電感對于消除尖峰過(guò)電壓是非常重要的。獨特的布局大大改善了熱分布，實(shí)現了整個(gè)模塊系統的低熱阻性能。最高運行溫度從+125℃提高到+150℃，大大超出了先前模塊。英飛凌還將這種模塊的最小貯存溫度從先前-40℃降低至-55℃。這一面向功率變換器應用的全新IGBT模塊，還能在相同阻斷電壓或模塊尺寸的條件下，使額定電流上升20%左右，或者在以相對較小的體積實(shí)現相同的功率損耗。 
    目前，英飛凌已經(jīng)推出了1,200V和1,700V兩個(gè)電壓級別的PrimePACKTM模塊，每個(gè)模塊都有兩種尺寸規格：89mm