新IGBT技術提高應用性能

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頻率而著稱的新IGBT技術施展的舞臺。在62毫米（當前模塊的標準尺寸）模塊中使用新IGBT技術使用戶可以因不必改變其機械設計概念而獲益。

基于平臺技術的標準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，因此適合于多種應用場合。采用標準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技術和賽米控穩(wěn)健可靠的新CAL4二極管。

1. 半導體開關中的IGBT和二極管

在電力電子里半導體器件IGBT和二極管僅作為開關。

“理想的開關”必須滿足以下條件：

? 通態(tài)壓降Vd = 0，與當前導通電流無關

? 反向電流Ir = 0，直到最大允許反向電壓

? 開關損耗Psw = 0，與當前被切換的電流和直流母線電壓無關

? 熱阻Rth無足輕重，因為沒有損耗產(chǎn)生

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

2. 芯片技術的進展

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

圖1：場漕柵場截止技術（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，開關行為更為輕柔，同時芯片的面積也更小。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、低功率應用而優(yōu)化的縱向結構；開關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，開關速率在4-12kHz之間（這相當于IGBT4L）。