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二极管+IGBT:新架构能带来什么新应用?

由于现在经济的快速发展,能源的消耗也是急剧增加,我们如何去减少能源的损耗做到节能减排?这就要求我们的产品有一个更高的效率,更低的成本。而对于一个高性能的系统来说,半导体器件的选择尤为重要。

  技术特点:

  逆向导通型IGBT将二极管和IGBT集成在同一个晶片里

  节省空间,价格低

  175度的结温,EMI效果良好

  应用领域:

  洗衣机、洗碗器、吸尘器、空调、冰箱的压缩机、伺服驱动、风扇

  由于现在经济的快速发展,能源的消耗也是急剧增加,我们如何去减少能源的损耗做到节能减排?这就要求我们的产品有一个更高的效率,更低的成本。而对于一个高性能的系统来说,半导体器件的选择尤为重要。今天我给大家介绍的就是英飞凌一个新的逆向导通型IGBT。我们知道传统的IGBT,二极管和IGBT是分开的两个晶圆,而这一款新的逆向导通型IGBT是将二极管和IGBT集成在同一个晶圆上面,它们有相同的电流等级。新的逆向导通型IGBT引用了哪些技术呢?首先的话,它引入了场终止技术,也就是它大大的减小了晶圆的厚度,使它有一个非常低的饱和导通压降,从而提高了整体的效率。第二点是引入了一个沟道栅技术,进一步减少了饱和导通压降,因为饱和导通压降是由载流子的浓度来决定,而引入沟道栅相当于为载流子引入了一个通道,使它的饱和导通压将进一步减小,从而减小导通损耗。第三是引用了一个逆向导通型二极管,将这个二极管集成在IGBT里面可以大大减少它的体积。

  目前这种逆向导通型IGBT有两种封装形势,一种是IPAK封装,另外是DPAK封装,电流有4安、6安、10安和15安四个等级。它主要的特点就是有非常低的价格,还有节省空间。半导体器件它的成本主要取决于两个方面,一个是它的晶圆,减少晶圆的数量,从两个晶圆减少到一个晶圆可以减少成本。另外的话,这种T0220的封装还有这种D2PARK封装可以减少成IPARK封装和DPARK封装,同时减少封装的成本,减少了封装的话同样会减少它的空间,但是减少了晶圆的话会不会对它的性能造成影响?首先我们来看一下,同样它有一个非常低的饱和导通压降,对它的性能丝毫没有任何影响。另外可以通过改变门级驱动电阻,在宽范围调节它的开通和关断的时间,有一个非常好的EMI效果,非常平滑的开关波形,5us的短路保护能力,最高结温可以达到175度。这个是这种逆向导通型IGBT的主要参数,这个是它的击穿电压,这个是它的电流,这是175度饱和导通压降,这是开关的能力,这是短路保护的能力,这是它的门级驱动电压,基本上对于一个200W的产品可以选择4安的IGBT,600W的话可以选择一个6安的,1000W可以选择一个10安的,1500W的可以选择15W的产品。

  

  从功率密度来说如果选用这种小封装的IPARK产品去取代TO220封装的话,面积可以减少75%,高度可以减少49%。而用这种DPARK封装产品的话,如果去取代D2PARK这种产品,它的面积可以减少63%,高度同样可以减少到49%。

  

  这是一个实际的PCP板上的IGBT的图,我们看到如果用D2PARK的话,它两颗的面积大概在2.5厘米,而如果使用DPARK封装的话可以减少到1.5厘米左右,同时它跟IGBT模块来相比的话可以节省0.5个美金的成本,所以对于一些消费类市场低成本的产品这个相当重要的。

  

  总结一下IGBT的重要特点,一个是成本,因为它采用的是一个晶圆,所以它的成本有很大的优势;另外因为减少了它的封装,可以给PCB留下更多的空间,进一步提高产品的功率密度。同时它也有一个非常好的性能,非常低的饱和导通压降,一个非常软的开关特性对EMI非常有帮助,它还有一个很好的温度特性,最高温度可以达到175度。蓝色曲线是逆向导通型IGBT和目前TO220封装的饱和导通压降的比较。这是用一个6安的产品在做比较,当这个电流在6安的时候可以看到饱和导通压降非常的低。

  

  衡量一个IGBT的好坏有两个非常重要的指标,一个就是它的饱和导通压降,就是Vce(sat),另外一个就是开关损耗,也就是Eoff。对于低频的应用来说,饱和导通压降是占有绝对支配地位的,所以选择这种RC-Drives的IGBT会是一个非常好的选择,因为可以看到这种RC-Drives IGBT的饱和导通压降是远远低于市面上的一些产品。这个是在一个无刷电机上面的损耗的分析。

  

  这个是25度损耗的时候,这个是175度损耗的时候,可以看到蓝色的这根线,基本上它的损耗跟这个TO220封装产品相差并不是很大。这个是在基于刚才基础上做的一个损耗分析,首先频率在4K赫兹的时候可以看到,这个浅蓝色的就是二极管的开关损耗,这个是二极管的导通损耗,这个是IGBT的开关损耗,这个是IGBT的导通损耗。可以看到在4K的情况下导通损耗这一部分和这一部分是占了绝对支配地位的。所以对于一个低频应用来说减少它的饱和导通压降对于IGBT是相当的重要,当它的频率升高的时候,它的开关损耗就会稍微升高一点。

  

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