论文|1200V IGBT7和Emcon7可控性更佳，助力提拔变频器系统性能下

上一节《论文|1200V IGBT7和Emcon7可控性更佳，助力提拔变频器系统性能（上）》中，我们剖析了IGBT7以及Emcon7的芯片技术特点及设计思路，今天我们对比IGBT7与IGBT4功率模块的性能，看一下在系统层面，IGBT7性能究竟有多高的提拔

IGBT4和IGBT7功率模块的性能比较

本节中，我们将行使IGBT7和Emcon7研究功率模块的性能。为此，我们将使用仿真工具（IPOSIM）从逆变器运行角度分析IGBT和二极管的性能。如无另外说明，本部分将重点分析无铜基板功率模块，即Easy1B和Easy2B。仿真过程中，参考以下输入参数：开关频率f_SW、输出频率fo、环境温度TA、调制因子以及功率因素cos（φ）。除此之外，还行使诸如散热器到环境之间的热阻（R_thHA）、IGBT热阻（R_thIGBT）和二极管（R_thDiode）热阻等系统特定参数来确定输出回收电子料流I_RMS。如无另外说明，则使用下列工作参数（可看作通用回收电子料机驱动应用的典型参数）：f_SW = 2.7kHz, m = 1, fo = 50Hz, T_A = 50°C, R_thHA = 1.8K/W，IGBT和二极管分别使用cos（φ）= 0.85和-0.85。

图9 雷同芯片面积的第四代和第七代技术的I_RMS与f_SW的关系。为便于计算，T_J,max= 150 °C。大图参考芯片面积为75-A IGBT4/EC4 ，插图参考芯片面积为25-A IGBT4/EC4。

图9比较了T_J,max = 150 °C时，芯片尺寸雷同的IGBT7和IGBT4和二极管的对应不同f_SW的有用值回收电子料流I_RMS。为便于参考，使用IGBT4和EC4的芯片尺寸为基准。I_RMS为T_J为150 °C下许可的最大回收电子料流。对于75A等效芯片面积，IGBT7在f_SW= 0时输出回收电子料流I_RMS = 56A ，比IGBT4高20%。随着f_SW的增长，IGBT4和IGBT7的I_RMS均降落北京发光字制作，IGBT7相对于IGBT4的上风也随之削减。f_SW ≈ 12kHz时，可观察到交叉点。在给定工作条件下，只有在f_SW高于12kHz时，IGBT4的I_RMS高于IGBT7。在EC7方面，情况相称。f_SW= 0时，EC7的I_RMS = 46A，比EC4的最大I_RMS要高15%。二极管的曲线交叉点在f_SW ≈ 16kHz。图9的插图表现了25A等效芯片面积下雷同的计算方法。数值转变与预期符合，可得出雷同的结论。

图10 在上述条件下第四代和第七代技术的ΔT_J、T_J和I_RMS?

图10表现75A等效芯片面积下的结温波动VS f_SW，其计算所得I_RMS如图9所示。可以看出，IGBT7的ΔT_J显明小于IGBT4。EC7和EC4也是如此。尽管其差异看似很小，仅为几开尔文，但从功率循环能力的角度来讲，它可为器件寿命带来特别很是明显的提拔。图10的插图表现了I_RMS = 30A时IGBT和二极管所许可的最大器件温度。这里考虑了IGBT7较高的暂态许可最高结温T_J,max。因此，在T_J,max=150°C的限定下，IGBT4和EC4只能在f_SW=4kHz工作，而在175°C的最高工作温度限定下，IGBT7和EC7则可分别在6和8kHz下轻松运行。绿、蓝和黑线凸起表现了T_J,max对可行的I_RMS的影响。IGBT4和EC4受到T_J,max=150°C的限定，在f_SW=0时，最大I_RMS为40A网站SEO优化，其中EC4是重要限定条件；在IGBT7的限定条件下，IGBT7和EC7的暂态工作温度达175°C，f_SW=0时，I_RMS可超过55A。因此，使用相称的芯片尺寸和最大芯片温度，在雷同工作条件下，后者输出回收电子料流可比前者高出37%以上。

考虑到 IGBT7和 EC7 的功率密度更高，图11表现了不同封装中的功率集成模块（PIM）拓扑的额定回收电子料流。对于IGBT7，Easy1B, Easy2B和Econo2封装的最大额定回收电子料流分别为25A、50A和100A，与IGBT4的I_nom相比，Econo2封装的功率密度至少增长33%， Easy1B 封装增长66%。图中还分外绘制了PIM拓扑结构的典型I_RMS与I_nom，以便说明可能增长的功率密度。基于该曲线，可能的功率密度增长变得更加可视化。

图11 PIM拓扑的额定模块回收电子料流和最大逆变器输出回收电子料流I_RMS（典型I_nom）

然而，模块级别上增长的功率密度大概并不会直接给典型应用带来额外上风。可能性最高的方法是实现框架尺寸扩展，即在统一尺寸的逆变器外壳中，实现更高的逆变器额定回收电子料流。同时河南人事考试网，必须结合考虑与参考模块相比增长的R_thHA等参数，来评估是否可以达到目标输出功率。详细地讲，就是在Easy1B 封装中实现25A PIM ，这必要使用典型Easy1B（非Easy2B）的R_thHA，达到与Easy2B 25-A PIM雷同的输出功率。受逆变器外壳尺寸限定，散热器的最大尺寸也会受限。Easy1B封装的R_thHA比Easy2B大25%左右，这对保证目标功率提出更大的挑衅。

图12 条形图：IGBT4和IGBT7 I_RMS,max与R_thHA。线条图：R_thHA已知条件下，IGBT4（绿色方块）和IGBT7（黑色方块）运行I_RMS,max = 25 和 38 A （红线和橙线）所需的I_nom

图12所示条形图，展示了IGBT4和IGBT7最大可能的I_RMS,max和R_thHA的关系。条型图表现了I_nom为10-75A（IGBT4和EC4）和10-100 A（IGBT7 和 EC7）时的PIM拓扑I_RMS,max。I_RMS,max显明随R_thHA的降低而增长。此外，假如T_J,max= 150°C ，IGBT7和EC7可完全庖代IGBT4和EC4。较高的最大额定回收电子料流可直接带来更大的上风，即上文所述的IGBT7的100A和IGBT4的75A。

若IGBT7在175°C下运行，则可实现额外上风。如图12右侧所示。红线和橙线分别透露表现25 A和38A I_RMS分别所需的最小I_nom。要实现 25A I_RMS可行使IGBT7 10A PIM，它的R_thHA为1.5K/W，第四代则须为35A PIM。I_RMS= 38A时，IGBT7技术的上风更为显明。IGBT7 35A PIM 的R_thHA为1K/W，许可在38A I_RMS下工作，而第四代则须为75A PIM。

结语

本文对IGBT7和Emcon7与IGBT4及Emcon4进行了周全的比较。分析了IGBT和二极管的静态和动态性能。效果注解，与IGBT4相比，IGBT7的静态损耗明显降低，并且动态损耗没有明显增长。总之，IGBT和二极管针对较慢开关的应用进行了优化，其dv/dt在2-10kV/μs之间。在动态和静态损耗方面，IGBT7和Emcon7可完全替换IGBT4及Emcon4，并在应用过程中带来额外的性能上风。

在功率模块方面，本文围绕功率模块性能和输出功率对IGBT7睁开了研究。IGBT7和EC7的分析效果表现，在同样的工作条件下，在最大器件温度150°C时，IGBT7可多输出20%的回收电子料流。因为IGBT7支撑最高结温在175°C时的暂态过载运行，因此输出功率可增长66%。本文基于这些效果，提出两个应用方向：第一，对于给定的回收电子料路拓扑结构，根据可行的最大额定回收电子料流进行配置，可实如今雷同封装尺寸下，模块回收电子料流等级的提拔。如有需要，可行使过载最高结温T_J = 175°C的特征；第二，如使用雷同芯片尺寸的IGBT7替换IGBT4，则应用寿命明显增长。

原文发表于 PCIM Europe 2018

作者：Christian R. Müller，英飞凌科技股份公司

? ? ? ? ? A. Philippou, C. Jaeger， M. Seifert，英飞凌科技股份公司

? ? ? ? ? A. Vellei and M. Fugger，英飞凌科技（奥地利）公司

点击阅读原文，发掘更多IGBT7相关内容

↓↓↓