加速線上工具的功率級設(shè)計(jì)，助力IGBT特性分析功能提升

為讓電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員在最短時(shí)間內(nèi)，完成新一代絕緣閘雙極電晶體（IGBT）元件特性評估作業(yè)，功率半導(dǎo)體業(yè)者研發(fā)出更精密的線上設(shè)計(jì)工具，不僅能提供溫度和頻率等重要應(yīng)用參數(shù)分析功能，更可協(xié)助工程師挑選出最適合的解決方案，提升功率級設(shè)計(jì)效率。

　　近年，電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期變得更短，加上各家廠商致力產(chǎn)品多元化設(shè)計(jì)，針對特定應(yīng)用量身訂做解決方案，導(dǎo)致設(shè)計(jì)小組須增加資源的分配與管理能力。這些與以往不同的設(shè)計(jì)要求，包括電氣和熱機(jī)方面的挑戰(zhàn)，會使功率設(shè)計(jì)成本變高，因而被業(yè)界稱之為勞力密集的實(shí)驗(yàn)室工作。

　　由于缺乏評估采用最新功率元件之全新設(shè)計(jì)的機(jī)會，設(shè)計(jì)人員也只好繼續(xù)采用舊式或較低效率的零件，研發(fā)原有或經(jīng)過認(rèn)證的解決方案。但是，這種方法會為終端產(chǎn)品帶來一些問題，例如產(chǎn)品可能須采用一個(gè)尺寸相對較大和較昂貴的散熱器；如果采用現(xiàn)代的功率半導(dǎo)體技術(shù)的新型設(shè)計(jì)，就能順利縮減散熱器的尺寸，甚至可以完全省略。

　　也因此，近來工程師開始導(dǎo)入具有復(fù)雜散熱性能和頻率分析能力的最新線上設(shè)計(jì)工具，利用最新的功率半導(dǎo)體技術(shù)，在實(shí)際可行的時(shí)間內(nèi)可精確評估其全新的功率級設(shè)計(jì)，并可縮小設(shè)計(jì)的尺寸和降低成本，并提升效率和可靠度。

　　線上設(shè)計(jì)工具給力　功率級開發(fā)快又靈活

　　線上設(shè)計(jì)工具有加速功率級設(shè)計(jì)的潛力，但是基本的網(wǎng)路零件選擇器能提供的價(jià)值有限，圖1顯示一個(gè)典型的范例，其中列出各種主要參數(shù)，但沒有提及溫度環(huán)境或運(yùn)作頻率。

　　圖1 網(wǎng)路產(chǎn)品選擇器的典型范例，僅提供基于標(biāo)準(zhǔn)測試條件的相關(guān)元件參數(shù)。

　　有鑒于此，國際整流器（IR）推出新一代線上設(shè)計(jì)工具，提供溫度和頻率等重要的應(yīng)用參數(shù)分析，這種功能改進(jìn)帶來極大價(jià)值。在早期版本中，背后的運(yùn)算引擎按照一系列簡單，但具有代表性的運(yùn)作條件計(jì)算接合溫度；而最新版本則縮小散熱環(huán)境和元件本身之間的差異，并擴(kuò)充功能，可讓設(shè)計(jì)者掌握散熱器和表面黏著零件的熱阻。

　　圖2~6則顯示當(dāng)創(chuàng)造一個(gè)用于家用電器等應(yīng)用的小型馬達(dá)驅(qū)動(dòng)時(shí)，這項(xiàng)網(wǎng)路工具可協(xié)助評估幾種選用的絕緣閘雙極電晶體（IGBT）和設(shè)計(jì)方法。首先設(shè)計(jì)人員可將封裝特性和電性運(yùn)作條件輸入到對應(yīng)的表格中，包括對10微秒（μs）額定短路保護(hù)時(shí)間的客制化要求，并指定貼附在三相橋式上的一個(gè)簡單散熱器晶片，再輸入12℃/W的熱阻，線上設(shè)計(jì)工具將采用這些資料，計(jì)算在指定應(yīng)用條件下的功率損耗，當(dāng)溫度限制等于最大的額定接合溫度、低于圖2中的降額輸入，或可在低于預(yù)設(shè)接合溫度下運(yùn)作的零件才能成為備選零件。

　　圖2 評估引擎采用輸入表中的資料去除所有在指定的工作條件下，超出規(guī)定接合溫度的元件。

　　值得注意的一點(diǎn)是，功耗和溫度數(shù)字都不是絕對的，只可與備選零件進(jìn)行對比。圖3所示的四個(gè)IGBT就是能符合圖2輸入要求的IGBT，它們根據(jù)接合溫度進(jìn)行排序，當(dāng)然也跟效率有密切關(guān)系。

　　圖3 線上工具可根據(jù)IGBT接合溫度進(jìn)行系統(tǒng)效率的排序。