新IGBT技術(shù)提高應(yīng)用性能

在日益增長的變頻器市場，許多廠商提供性能和尺寸各異的變換器類型。這正是以低損耗和高開關(guān)頻率而著稱的新IGBT技術(shù)施展的舞臺。在62毫米（當(dāng)前模塊的標(biāo)準(zhǔn)尺寸）模塊中使用新IGBT技術(shù)使用戶可以因不必改變其機械設(shè)計概念而獲益。

基于平臺技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)62毫米SEMITRANS®模塊，由于針對IGBT和二極管采用了不同的半導(dǎo)體技術(shù)，因此適合于多種應(yīng)用場合。采用標(biāo)準(zhǔn)尺寸模塊外殼這一事實意味著用戶有更多可供選擇的供應(yīng)商。新1200V系列模塊為我們展示了外殼和半導(dǎo)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(wěn)健可靠的新CAL4二極管。

1. 半導(dǎo)體開關(guān)中的IGBT和二極管

在電力電子里半導(dǎo)體器件IGBT和二極管僅作為開關(guān)。

“理想的開關(guān)”必須滿足以下條件：

? 通態(tài)壓降Vd = 0，與當(dāng)前導(dǎo)通電流無關(guān)

? 反向電流Ir = 0，直到最大允許反向電壓

? 開關(guān)損耗Psw = 0，與當(dāng)前被切換的電流和直流母線電壓無關(guān)

? 熱阻Rth無足輕重，因為沒有損耗產(chǎn)生

然而，在實際的開關(guān)中，存在大量的正向和開關(guān)損耗。因而設(shè)計中的熱阻對模塊性能來說是至關(guān)重要的。本文討論IGBT²、IGBT³以及SEMITRANS®模塊采用的新IGBT4 半導(dǎo)體技術(shù)之間的區(qū)別，并展示在某些情況下新IGBT4技術(shù)所帶來的性能提升。

2. 芯片技術(shù)的進展

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

圖1：場漕柵場截止技術(shù)（FS） IGBT4和 CAL4 FWD的結(jié)構(gòu)

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