以創(chuàng)新的IGBT技術(shù)、合理的器件選型和有效的系統(tǒng)手段優(yōu)化變頻器設(shè)計(jì)

　　全球?qū)τ诠?jié)能和綠色能源的需求使得馬達(dá)變頻驅(qū)動(dòng)在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域不斷增長(zhǎng)，甚至還擴(kuò)展到民用產(chǎn)品和汽車領(lǐng)域。因此在過(guò)去幾年，市場(chǎng)對(duì)變頻器的需求量和相應(yīng)的產(chǎn)量一直在持續(xù)增長(zhǎng)。隨著產(chǎn)量的不斷擴(kuò)大和技術(shù)趨向成熟，變頻器市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)也日益激烈，對(duì)產(chǎn)品性價(jià)比的要求不斷提高。
 
　　標(biāo)準(zhǔn)的三相交流驅(qū)動(dòng)變頻器使用絕緣柵雙極晶體管(IGBT) 來(lái)實(shí)現(xiàn)主電路中的6個(gè)開(kāi)關(guān)，現(xiàn)在除少量小功率、低成本變頻器采用分立IGBT器件外，一般工業(yè)變頻器均采用模塊化IGBT(包括IPM)。模塊化概念為用戶提供了一個(gè)采用絕緣封裝且經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)的功率開(kāi)關(guān)組件，從而減輕了設(shè)計(jì)工作量，改進(jìn)系統(tǒng)性能，并提高了變頻器的功率等級(jí)。

　　但即便使用IGBT模塊，設(shè)計(jì)上的挑戰(zhàn)依然存在。由于IGBT模塊的惡劣工作條件(在高壓和高溫下對(duì)大電流進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制)和半導(dǎo)體器件固有弱點(diǎn)，設(shè)計(jì)工程師必須在確保IGBT模塊能夠安全工作的同時(shí)，發(fā)揮其最大性能以實(shí)現(xiàn)低成本設(shè)計(jì)。

　　本文將首先陳述變頻器設(shè)計(jì)工程師所面臨的主要挑戰(zhàn)，然后介紹來(lái)自英飛凌科技的創(chuàng)新IGBT芯片和封裝技術(shù)及支持工具，并簡(jiǎn)要陳述這些解決方案的優(yōu)點(diǎn)。

變頻器設(shè)計(jì)面臨的挑戰(zhàn)

　　IGBT能夠安全運(yùn)行是應(yīng)用的首要要求。安全運(yùn)行有兩個(gè)基本的條件，超越這兩個(gè)條件運(yùn)行可引起器件的永久性損壞，這兩個(gè)條件分別是：

　　1) Vce ≤ Vces，其中Vce是集電極-發(fā)射極瞬態(tài)電壓，Vces是IGBT芯片的阻斷電壓(數(shù)據(jù)表上規(guī)定為600V/1200V/1700V/3.3kV/6.5kV)

　　2) Tj ≤ Tvj,op,max，其中Tj是IGBT芯片的瞬時(shí)結(jié)溫，Tvj,op,max(數(shù)據(jù)表上規(guī)定為125℃或150℃)是進(jìn)行開(kāi)關(guān)工作時(shí)所允許的最大結(jié)溫

　　要在應(yīng)用中遵循這兩個(gè)條件，必須先理解Vce和Tj是如何建立的。

　　首先，在變頻器電路結(jié)構(gòu)中，IGBT半橋由直流側(cè)供電，直流側(cè)電壓Vdc幾乎恒定。受電路的電磁場(chǎng)和材料的影響，系統(tǒng)中存在分布電感(見(jiàn)圖 1)，當(dāng)IGBT以di/dt的速率將電流關(guān)斷時(shí)，Vce等于Vdc和一個(gè)感應(yīng)電壓di/dt