在第一篇論文中我們介紹了芯片特性，本篇我們將繼續為您介紹：熱特性評估。

3. 1200V發射極控制的

EmCon7中功率技術

雖然改進IGBT性能對于提升新功率模塊的載流能力是必不可少的，但只優化IGBT并不夠。還必須改進續流二極管以實現最大的功率增益。因此，通過優化二極管，不僅要能在二極管恢復期間達到足夠的軟度，還應保持較低的損耗。與IGBT的關斷特性相反，二極管軟度在電流較?。ū热?.1·Inom）時最為關鍵。圖10顯示了FF600R12ME4_B72中的發射極控制的HE二極管和FF900R12ME7_B11中的發射極控制的EC7二極管，在25°C時二極管恢復階段的相應開關曲線。

圖10：FF600R12ME4_B72中的發射極控制的HE二極管和FF900R12ME7_B11中的發射極控制的EC7二極管的開關曲線

顯而易見的是，發射極控制的HE二極管不能用于外部門極電阻低于1.5?時。如圖10中下面的一張圖所示，當Rg,on值較小時（比如1.0?），會發生二極管瞬變，而發射極控制的EC7二極管在Rg,on=0.51?時也能使用，并未顯示出任何軟度問題。

就圖11中二極管的恢復損耗（Erec）而言，發射極控制的EC7二極管的Erec與發射極控制的HE二極管幾乎相同——雖然發射極控制的HE二極管的di/dt高出26-31%。

圖11：在不同溫度下，FF600R12ME4_B72和FF900R12ME7_B11模塊的二極管恢復損耗與正向電流的關系。插圖顯示的是歸一化的正向特性

為了本節內容的完整性，圖11的插圖中顯示了二極管的正向特性。

4. 模塊外殼和結溫規格

1)模塊外殼改進

相比上一代，新一代芯片的標稱電流將提高50%。因此，有必要對外殼作一些改進，以便能夠承載更大的電流，特別應對主端子進行改進。為此，我們不僅開發出一款新外殼，還調整了內部模塊設計以提高主端子的載流能力。 

2)IGBT和FWD結溫規格

較之IGBT4被指定的絕對最高溫度Tvj,op等于150°C——不區分連續運行和過載運行，指定IGBT7的絕對最高溫度Tvj,op時，應考慮到第1節中和參考文獻第[9]條中所述的GDP應用要求。

圖12顯示了IGBT7和EC7的結溫規格。

圖12：IGBT 7（左側）與IGBT 4（右側）的虛擬結溫規格對比。IGBT 7的Tvj,op高于150°C時的過載持續時間必須在負載周期時間（T）的20%以下，即，T = 300s時，t1 = 60s

指定IGBT7的Tvj,op值時應考慮到驅動制造商所規定的典型過載情形，且可以涵蓋3秒和60秒的過載脈沖。對應用的影響將在下面的章節中講述。

5. 應用測試和結果

與FF600R12ME4_B72器件相比，上述新開發的FF900R12ME7_B11的所有特性都將帶來性能的改進。為了評估和比較這兩種器件的性能，須進行一系列的應用測試，并用紅外攝像機進行溫度評估。測試參數的設置應考慮到

第1章中所述的及表1中所列的信息：

表1：在應用中比較IGBT7和IGBT4時所用的典型GPD參數。*所需的40°C的環境溫度不能通過試驗裝置進行調整

試驗裝置如圖13所示：

圖13：試驗裝置的照片。試驗條件如表1所示

圖注：

1.紅外攝像機

2.IGBT驅動

3.風扇

4.直流母線電容器

5.散熱器

6.黑色無凝膠模塊 – 供試器件

7.適配卡

1)FF600R12ME4_B72 vs. FF900R12ME7_B11 – 輸出電流和溫度降低

試驗結果顯示在圖14和圖15中。

圖14：在1kHz 和表1中所述的條件下，IGBT結溫與輸出電流的關系

圖15：在2.5kHz 和表1中所述的條件下，IGBT結溫與輸出電流的關系

從圖中可以看出，在1kHz連續脈寬調制模式和相同的輸出電流下，采用IGBT 7技術的模塊工作溫度比IGBT4器件低38K。將新模塊推到指定溫度的極限，可使輸出電流增加150A。在150°C時，IGBT7相比IGBT4仍具有95A的輸出電流優勢。

而在2.5kHz連續脈寬調制模式下，新技術的優勢也很明顯：電流相同時工作溫度可降低33K；150°C時最大輸出電流可增加70A，175°C時最大輸出電流可增加110A。

2)FF600R12ME4_B72 vs. FF900R12ME7_B11 – 直流端子溫度降低

圖16顯示了相比FF600R12ME4_B72，FF900R12ME7_B11利用新外殼所實現的溫度降低。

圖16：通過比較新款和老款外殼的直流總線溫度來確定溫度改進情況

當輸出電流相同時，FF900R12ME7_B11模塊的新外殼可使直流總線溫度比FF600R12ME4_B72最多降低20K?？梢员葘D17中的兩張紅外線照片，它們分別顯示這兩種模塊在相同應用條件下的溫度分布。

圖17：FF600R12ME4_B72（左側）和FF900R12ME7_B11（右側），二者都在420A和2.5kHz及相同條件下運行。黑色方框為用于進行溫度評估的逆變器部位

比較發現，在采用FF900R12ME7_B11而非FF600R12ME4_B72的系統中可以看到不同組件的溫度降低。在新器件中，主要是IGBT、FWD、DCB、模塊端子、直流總線端子及接合線能在較低溫度下運行。

3)FF600R12ME4_B72 vs. FF900R12ME7_B11 – 在相同GPD機箱尺寸的功率密度

在這部分試驗中，選擇與GPD制造商[1]的正常負荷（ND）和重型負荷（HD）機型對應的輸出電流有關的參數，來評估不同技術的最大可能的逆變器輸出電流。參數列在表2中。

表2：為測試兩種模塊在相同機箱的輸出電流而選擇的參數

在表1中所述的條件下和2.5kHz時，給半導體施加額定輸出電流。在過載電流應用之前，整個系統的溫度處于穩定狀態。系統的熱性能顯示在圖18和圖19中。

圖18：機箱等級電流370A，FF600R12ME4_B72器件：在額定電流ND和HD、正常負荷和重型負荷過載脈沖下的測量結果

當機箱等級電流為370A時，IGBT4解決方案達到溫度極限。在3秒鐘的重型負荷過載脈沖期間，IGBT的Tvj達到142°C。

圖19：機箱等級電流477A，FF900R12ME7_B11器件：在額定電流ND和HD、正常負荷和重型負荷過載脈沖下的測量結果

IGBT7器件能夠達到輸出電流477A的要求。在施加所有必需的電流等級期間，FF900R12ME7_B11始終位于圖12中所示的IGBT7的規格之內。由于試驗中的環境溫度為20℃，而不是要求的40℃，所以得到的結果適合用于作比較。因此，通過使用改進的散熱器，采用不連續脈寬調制，和/或降低開關頻率，逆變器制造商可以在40°C時達到相同的輸出電流。

結論

新開發的由IGBT7與發射極控制EC7二極管組成的芯片不僅易于使用，還能完全滿足通用型驅動（GPD）的需求。它具有的優勢包括：靜態損耗顯著降低，可控性好，在所有應用相關的電流等級下都具有足夠的軟度，以及短路能力強。這些與EconoDUAL™3封裝改進及用于滿足驅動過載需求的新溫度規格相結合，可讓逆變器設計工程師更方便設計。

所進行的應用測試毫無疑問地表明，相比上一代，新一代器件的性能得到了改進。當電流相同時，新一代FF900R12ME7_B11相比FF600R12ME4_B72模塊溫度降低了38K。另外，新一代器件的輸出電流還可增加最多150A。

考慮到典型的GPD正常負荷和重型負荷設計標準，利用使用IGBT7替代IGBT4的EconoDUAL™ 3可能實現機箱等級電流從370A到477A的跳躍。

參考文獻

[9] AN2018-14, TRENCHSTOP TM 1200 V IGBT7 Application Note,

https：//www.infineon.com/dgdl/Infineon-AN_201814_TRENCHSTOP_1200V_IGBT7-AN-v01_00-EN.pdf?fileId=5546d46265487f7b01656b173ddc3600