英飛凌IGBT7系列芯片大解析

上回書(英飛凌芯片簡史 http://www.ex-cimer.com/article/202502/467026.htm)說到，IGBT自面世以來，歷經(jīng)數(shù)代技術(shù)更迭，標(biāo)志性的技術(shù)包括平面柵+NPT結(jié)構(gòu)的IGBT2，溝槽柵+場截止結(jié)構(gòu)的IGBT3和IGBT4，表面覆銅及銅綁定線的IGBT5等。現(xiàn)今，英飛凌IGBT芯片的“當(dāng)家掌門”已由IGBT7接任。IGBT7采用微溝槽（micro pattern trench）技術(shù)，溝道密度更高，元胞間距也經(jīng)過精心設(shè)計(jì)，并且優(yōu)化了寄生電容參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)極低的導(dǎo)通壓降和優(yōu)化的開關(guān)性能。

IGBT7從2019年問世至今，從首發(fā)的T7，到成為擁有S7，H7，T7，E7，P7等完整系列的大家族。這幾大系列之間，究竟有何區(qū)別？它們各自的適用領(lǐng)域又都在哪里？今天這篇文章就帶大家一起來解析一下。

首先，在英飛凌已經(jīng)商業(yè)化的IGBT7產(chǎn)品中，不同的IGBT7系列分布在不同的電壓等級中：

■ 650V:T7,H7

■ 1200V:S7,H7,T7,E7,P7

■ 1700V:E7,P7

■ 2300V:E7

在同一電壓級中，以1200V為例，我們可以按開關(guān)速度來進(jìn)行排序，H7>S7>T7>E7>P7

■H7是高速芯片，面向開關(guān)頻率較高的光伏、充電樁等應(yīng)用，Vcesat 1.7V；

■S7是快速芯片，能夠?qū)崿F(xiàn)導(dǎo)通損耗與開關(guān)速度的最佳平衡，Vcesat 1.65V；

■T7芯片小功率單管和模塊，主要面向電機(jī)驅(qū)動應(yīng)用，用在Easy,Econo等封裝，Vcesat 1.55V；

■E7是芯片是為中功率模塊產(chǎn)品開發(fā)，導(dǎo)通壓降1.5V，用于EconoDUAL?,62mm等封裝中；

■P7是芯片是為大功率模塊產(chǎn)品開發(fā)，導(dǎo)通壓降 1.27V，用于PrimPACK?模塊中；

下面，我們按單管和模塊兩個系列，從實(shí)用的角度闡述一下各類產(chǎn)品的特性。

單管系列T7，PR7，S7，H7解析

按短路能力，IGBT7分為具有短路能力的650V T7和1200V S7，這兩者適用于開關(guān)頻率要求不太高，但可能有短路工況的應(yīng)用，比如電機(jī)驅(qū)動。沒有短路能力的IGBT7有650V H7和1200V H7，進(jìn)一步降低了飽和壓降和開關(guān)損耗，適用于光伏，ESS，EVC等對開關(guān)頻率和效率要求比較高的場合。

650V T7單管和1200V S7單管產(chǎn)品目錄如下，主要面向電機(jī)驅(qū)動類應(yīng)用，導(dǎo)通損耗較低的同時，也能保持較快的開關(guān)速度，同時具有短路能力，是各方面性能非常均衡的芯片系列。

單管H7系列產(chǎn)品目錄：

H7芯片雖然不具備短路時間，但它可以說是把開關(guān)性能做到了極致。與廣受好評的TRENCHSTOP?5芯片相比，H7的電壓范圍拓展到了1200V，而TRENCHSTOP?5只有650V的產(chǎn)品。H7的飽和導(dǎo)通電壓Vcesat比H5降低達(dá)25%，比S5也低了3%。開關(guān)損耗方面，H7的Eon相對于H5降低了77%，相對于S5降低了54%；而H7的Eoff相對于H5降低了20%，相對于S5降低了27%。所以總體來說，H7整體的開關(guān)損耗（Eon+Eoff），還是要比H5和S5更低。

（參考閱讀：《碼住 | 最新IGBT7系列分立器件常見問題》）

模塊系列H7,T7,E7,P7解析

H7芯片擴(kuò)充了Easy系列在1000VDC系統(tǒng)中的產(chǎn)品組合，可以實(shí)現(xiàn)高開關(guān)頻率應(yīng)用。

■ FS3L40R12W2H7P_B11 EasyPACK? 2B，模塊為三相NPC 2拓?fù)洌?200V TRENCHSTOP? IGBT7 H7芯片，適用于1100V光伏組串逆變器和ESS，模塊采用PressFIT針腳，帶NTC，有預(yù)涂導(dǎo)熱材料TIM版本。

■ F3L500R12W3H7_H11 EasyPACK? 3B模塊為單相NPC2拓?fù)洌?200V TRENCHSTOP? IGBT7 H7芯片，適用于1100V光伏組串逆變器應(yīng)用，模塊采用大電流引腳和帶NTC。

（參考閱讀：《新品 | Easy2B Easy3B 1200V IGBT7 H7高速芯片的T型三電平模塊的先導(dǎo)產(chǎn)品》）

T7的模塊主要是Easy和Econo，目標(biāo)電機(jī)驅(qū)動應(yīng)用。T7作為最早推出的IGBT7系列，擁有非常全面的產(chǎn)品目錄，最大單芯片電流已達(dá)到200A，可以在Econo3的封裝中實(shí)現(xiàn)200A三相全橋的拓?fù)洹?/p>

E7模塊主要用于EconoDUAL? 3和62mm這些中功率模塊。采用IGBT7 E7芯片62mm模塊最大標(biāo)稱電流達(dá)800A，實(shí)現(xiàn)了該封裝最高功率密度。該系列模塊電流從450A到800A共６個規(guī)格，主要應(yīng)用場景包括兆瓦級集中式光伏逆變器及儲能、不間斷電源(UPS)、通用電機(jī)驅(qū)動和新興應(yīng)用固態(tài)斷路器。

搭載1200V E7芯片的EconoDUAL?模塊有1200V和1700V兩個電壓等級，最大標(biāo)稱電流達(dá)到了900A，用于集中式光儲、CAV、風(fēng)電等領(lǐng)域。其中900A模塊除了標(biāo)準(zhǔn)封裝外，還推出了Wave封裝，在標(biāo)準(zhǔn)的銅底板上增加了波浪開關(guān)的帶狀鍵合線，用于直接液體冷卻，降低了在電動卡車、電機(jī)驅(qū)動器和風(fēng)力發(fā)電應(yīng)用中的器件溫度和溫度波紋。

用于液體冷卻的EconoDUAL? 3 Wave的典型外觀

PrimePACK?封裝的1200V P7和2300V E7目前分別都只有一款模塊，F(xiàn)F2400RB12IP7和FF1800R23IE7。這兩個模塊設(shè)計(jì)的目的是構(gòu)建MW級1500VDC逆變器，這兩個模塊可以構(gòu)成T字型三電平拓?fù)洌現(xiàn)F1800R23IE7作為豎管，承擔(dān)1500V母線電壓，F(xiàn)F2400RB12IP7是共集電極拓?fù)湓O(shè)計(jì)，作為NPC2的橫管使用。一個FF2400RB12IP7搭配兩個FF1800R23IE7并聯(lián)模塊的方式，最高可實(shí)現(xiàn)1.6MW的輸出功率（典型風(fēng)冷條件）。

（參考閱讀：《新品 | 基于TRENCHSTOP? IGBT7 PrimePACK? 的兆瓦級T型三電平橋臂模塊組》）

IGBT不論單管和模塊都需要通過多項(xiàng)可靠性測試以保證其長期使用穩(wěn)定性，與電性能相關(guān)的主要有HTGB（高溫柵極反偏測試），HTRB（高溫反偏測試），H3HTRB(高溫高濕反偏測試)，HV-H3TRB(高壓高溫高濕反偏測試)等。

高溫高濕測試H3TRB的測試條件是溫度Ta=85℃,濕度RH=85%,VCE=80V，而HV-H3TRB在保持溫度和濕度雙85的條件下，將CE之間偏置電壓從80V提高到了80%的額定電壓，比如1200V的器件，測試HV-H3TRB時CE之間施加電壓Vstress 960V。測試電壓的大幅提升對于IGBT無疑是更嚴(yán)峻的考驗(yàn)，而IGBT7通過優(yōu)化設(shè)計(jì)，通過了1000小時的HV-H3TRB測試，顯示出對高壓及潮濕環(huán)境的卓越適應(yīng)能力。

IGBT7作為最先進(jìn)IGBT技術(shù)的代表，從最初在電機(jī)驅(qū)動應(yīng)用初試身手，到現(xiàn)在光伏、充電、儲能能領(lǐng)域全面開花，在長期的應(yīng)用中，展現(xiàn)出優(yōu)異的性能和無窮的潛力，是電力電子系統(tǒng)邁向更高集成度、更高功率密度的重要推動力。未來IGBT7還會有推出什么樣的新系列？IGBT8還會遠(yuǎn)嗎？我們拭目以待吧！