英飞凌新一代CoolMOS CFD2超结器件
2011-02-14 09:04英飞凌译名我要评论（0）我要收藏
随着功率密度不断提高，半桥(例如HID半桥或LLC)和全桥(例如ZVS全桥)等软开关拓扑成为理想的解决方案。由于改善了功率器件上di/dt和dv/dt的动态性能，采用这些拓扑可降低系统的开关损耗，提高可靠性。这种情况主要出现在轻载条件下。事实证明，CoolMOS这样的超结器件可以克服这个问题，由于其内部优化了反向恢复过程电荷载流子去除功能，并且消除内部寄生NPN双极晶体管的栓锁问题。通过增强注入载流子的结合率可大幅降低反向恢复电荷，而且增强结合率可降低关断过程中的反向恢复峰值电流，并使反向恢复电荷大幅降低至约为原来的十分之一。对于优化体二极管(图1)性能在硬开关条件下应用而言，反向恢复波形的形状和印刷电路板的设计尤其重要。新一代CoolMOS 650V CFD2改进了体二极管反向恢复性能，而且给击穿电压留有更大的安全裕量。
图1 CoolMOS高压功率MOSFET及其内部体二极管的横截面示意图。
反向恢复行为
新一代CoolMOS 650V CFD的反向恢复特性如图2所示。与标准器件相比，新一代CoolMOS 650V CFD器件具备极低的反向恢复电荷Qrr、极短的反向恢复时间trr和极小的反向恢复电流最大值Irrm。
图2是在di/dt=100A/μs、25°C和Vr=400V等条件下测量的反向恢复波形。相对于标准器件，新一代CFD器件具备极低的Qrr、trr和Irrm。
与此同时，尽管Qrr、trr和Irrm大幅降低，但这种新器件的波形仍然显示出软特性。这种特性十分适用于硬换流，旨在避免电压过冲和确保器件可靠运行。
换流耐用性
图3新一代CoolMOS 650V CFD2器件的反向恢复波形。即使在测试仪达到最大功率条件下，这些器件也不会受损。
图3的反向恢复测量结果(在di/dt " 2000A/μs的条件下)显示了CoolMOS(tm) 650V CFD2器件的换流耐用性。
在这些条件下，无任何器件受损。相对于其他超结器件波动剧烈的波形，这些波形仍然显示出了软特性。显而易见，这对于设计人员而言是一大优势。设计人员可通过优化其应用，获得最大性能，同时不必担心器件在体二极管进行硬换流时发生损毁。
Qrr 和 trr 与温度关系
图4 310mΩ 650V CFD器件的Qrr 和Trr 与温度关系。
对于设计人员而言，了解Qrr和trr与温度关系至关重要。Qrr和trr值会随着温度的升高而增大，这是因为器件中的载流子在高温下不断增加。图4显示了310mΩ 650V CFD2器件的Qrr和trr值与温度的这种关系。从图形可看出Qrr和 trr与温度成线性关系。
Qrr 和Trr与通态电阻关系
另一个需要注意的重要方面是Qrr和trr与器件的通态电阻关系，如图5和图6所示。图5和图6将新一代基于C6技术的650V CFD2器件与英飞凌前代基于C3技术的600V CFD 进行对比。
图5 Qrr 与通态电阻关系，测量条件为25°C 。将80 mΩ、310 mΩ和 660mΩ650V CFD2器件与前代基于C3技术的600V CFD对比。
显然，全新的650V CFD2器件相对于前代技术，在动态特性(Qrr、trr)和最低通态电阻之间达到更好的平衡。
图6 trr与通态电阻关系，测量条件为25°C。将80mΩ、310mΩ和660mΩ 650V CFD2器件与前代基于C3技术的600V CFD对比。
在HID桥上的性能评估
我们还将这些新器件的性能与HID半桥上采用的SPD07N60C3进行了对比。通过采用新一代CoolMOS CFD2器件，可无需使用D2、D3、D4和D5二极管，从而降低了系统成本(图7)。
图7 典型的HID半桥电路。利用全新的CoolMOS(tm) 650V CFD2器件代替T2 和 T3晶体管，无需采用D2 至D5的二极管。
图8为T2 和T3晶体管为SPD07N60C3以及D2、D3、D4和D5二极管使用时，获得的波形。采用这种设置时，我们可获得91.81%的效率。
图8 将SPD07N60C3作为开关和D2至 D5二极管使用时，在T3晶体管关断阶段的电路波形。系统效率达到91.81%。
通过去除与晶体管串联的二极管，可消除额外的正向压降。当开关损耗因存储在MOSFET内的反向恢复电荷而增大时，该解决方案需要MOSFET的内置体二极管具备更出色的性能。具体情况如图9所示。除了开关损耗增大，另一个缺点是MOSFET最终会因高反向恢复电流而受损。
图9 SPD07N60C3(不带D2至D5二极管)在T3晶体管关断阶段的波形。系统效率为89.72%。
采用新一代IPD65R660CFD器件可获得卓越的解决方案。由于这种MOSFET的内置体二极管的性能出众，可不采用D2至D5二极管，从而大幅提高系统效率。具体如图10所示。
图10 IPD65R660CFD(无需D2至D5二极管)在T3晶体管关断阶段的波形。系统效率为92.81%。
新一代IPD65R660CFD器件的内置体二极管的优化结构与极低的反向恢复电荷特性的有机结合，还有助于确保器件的可靠运行。
结论
英飞凌新一代CoolMOS CFD2器件具备最低的通态电阻和高达650V的阻断电压。这种的器件还具备极低的反向恢复电荷和结实耐用的内置体二极管。数据表规范中将提供全新的Qrr和trr最大值。我们还评估了这种新器件在典型HID半桥电路应用中的性能：省去4个二极管，并获得出色效率。由于内置体二极管具备650V的击穿电压和结实的结构，因此这种新器件拥有更多安全特性，可防止在MOSFET硬换流过程中被损坏。
新一代大众型CoolMOS? C6上市及应用 英飞凌科技股份公司推出下一代高性能金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）600V CoolMOS? C6系列。有了600V CoolMOS? C6系列器件，诸如PFC（功率因数校正）级或PWM（脉宽调制）级等能源转换产品 的能源效率可得到大幅提升。全新C6技术融合了现代超结结构及包括超低 单位面积导通电阻（例如采用TO-220封装，电阻仅为99毫欧）在内的补偿器件的优势，同时具有更低的电容开关损耗、更简单的开关特性控制特性和更结实耐用的增强型体二极管。 ?C6系列是英飞凌推出的新一代CoolMOS?金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）。英飞凌在CoolMOS? C3和CoolMOS? CP等前代系列产品的基础上，进一步提高了开关速度并降低了导通电阻。CoolMOS? C3是一个应用非常广泛的产品系列，而CP系列可满足需要最高开关速度和最低导通电阻的各种专门应用的需求。 ?最新推出的600V CoolMOS? C6器件，融合了CoolMOS? C3和CoolMOS? CP两个产品系列的优势。例如，电源厂商可受益于超结CP系列的优势——包括极低电容损耗和极低单位面积导通电阻等，设计出更高效、更紧凑、更轻更凉的电源产品。与此同时，开关控制性能和抗电路板寄生电感和电容特性性能也得到大幅提升。相对于CP系列的设计而言，CoolMOS? C6简化了PCB系统布局。具体而言，这意味着在CoolMOS? C6系列内，栅极电荷、电压/电流斜率和内部栅极电阻达到了优化和谐状 态，即使低至零欧姆的栅极电阻，也不会产生过高的电压或电流斜率。此外，C6器件具备出色的体二极管硬换流抗受能力，因此可避免使用昂贵的快速体二极管组件。
英飞凌推出最新EconoPACK? + D家族 在德国纽伦堡举办的PCIM Europe 2011展会(5月17日至19日)上，英飞凌科技展出了最新EconoPACK™ + D家族额定电流最高为450A的最新一代1200V和1700V系列功率半导体模块。以业界享有盛誉的EconoPACK™+平台为蓝本，英飞凌开发了新的EconoPACK ™ + D 系列，以满足诸如可再生能源系统、商用电动车辆、电梯、工业驱动装置或电源等应用不断提高的要求。得益于诸如超声波焊接功率端子、优化基板结构或可靠的创新PressFIT压接式管脚技术等不计其数的改进和创新，英飞凌新推出的这些模块，能够让客户设计出坚固高效、外形小巧的功率转换器。 更长使用寿命、更高功率密度，以及允许使用新一代芯片的坚固的模块封装这些正是开发新的功率模块所面临的主要挑战。新的应用领域提出了苛刻的电气和机械要求，例如城市公交车和货车等商用车辆的电动或混合动力驱动装置。这些车辆及所使用的器件，包括功率模块，必须承受很高的电应力和沉重的机械负荷(如撞击或震动)，以及运行过程中温度的频繁变化。 英飞凌科技副总裁兼工业电源部总经理Martin Hierholzer表示：英飞凌最新推出的EconoPACK™ + D，是一个引领潮流的功率模块家族。这是因为，只有这种采用了适当的电和结构的连接技术的模块封装，才能让新一代芯片充分发挥其潜力。以可再生能源系统和电动商用车辆为代表的新型应用，提出了越来越高的要求，因此，我们的创新封装概念专门针对系统集成实现了优化，为高效坚固、外形小巧的变频器设计铺平了道路。 这个额定电流为225A至450A、额定电压为1200V和1700V的模块家族，为开发高效的紧凑式变频器创造了条件。EconoPACKTM + D的螺丝型电源端子可以实现极好的电气连接，PressFIT控制管脚则可实现变频器的无焊连
半导体功率器件的散热计算 晨怡热管2006-12-31 0:58:06 【摘要】本文通过对半导体功率器件发热及传热机理的讨论，导出了半导体功率器件的散热计算方法。 【关键词】半导体功率器件功耗发热热阻散热器强制冷却 一、半导体功率器件的类型和功耗特点 一般地说，半导体功率器件是指耗散功率在1瓦或以上的半导体器件。 按照半导体功率器件的运用方式，可分为半导体功率放大器件和半导体功率开关器件。 1、半导体功率放大器件 半导体功率放大器又因其放大电路的类型分为甲类放大器、乙类推挽放大器、甲乙类推挽放大器和丙类放大器。甲类放大器的理论效率只有50%，实际运用时则只有30%左右；乙类推挽放大器的理论效率也只有78.5%，实际运用时则只有60%左右；甲乙类推挽放大器和丙类放大器的效率介乎甲类放大器和乙类推挽放大器之间。 也就是说，半导体功率放大器件从电源中取用的功率只有一部分作为有用功率输送到负载上去，其余的功率则消耗在半导体功率放大器件上，半导体功率放大器在工作时消耗在半导体功率放大器件上的功率称为半导体功率放大器件的功耗。 半导体功率放大器件的功耗为其集电极—发射极之间的电压降乘以集电极电流： P D=U ce·I c （式1—1） 式中P D为半导体功率放大器件的功耗（单位W）。 U ce为半导体功率放大器件集电极—发射极之间的电压降（单位V）。 I c 为半导体功率放大器件的集电极电流（单位A）。 线性调整型直流稳压电源中的调整管是工作在放大状态的半导体功率放大器件，所以其功耗的计算和半导体功率放大器件的功耗计算是相似的。例如一个集成三端稳压器，其功耗就是：输入端—输出端电压差乘以输出电流。 2、半导体功率开关器件 半导体功率开关器件例如晶体闸流管、开关三极管等。它们的工作状态只有两个：关断（截止）或导通（饱和）。 理想的开关器件在关断（截止）时，其两端的电压较高，但电流为零，所
1 常用电子元件及封装 1、电阻 使用的贴片电阻封装常见为0603和0805两种，。一般的贴片电阻阻值精度为５％，0603封装电阻功率为１／１０Ｗ，0805封装电阻功率为１／８Ｗ。中发通常100只起售 如图： 直插封装的电阻用于大功率的场合，体积越大的功率越大，一般１／4Ｗ的就够用了 2、电容 电容的容值小于等于100nF时，可以使用0603或0805封装贴片陶瓷电容。智能车上最常用的容值为100nF（104），容值精度为20％，耐压50V。 如图：
电容的容值大于100nF时，要根据应用场合的需要来选择使用贴片钽电容、贴片陶瓷电容或直插式铝电解电容。 贴片钽电容特点是贵、稳定、高频特性好。常用的容值为10uF、100uF、470 uF 等，耐压应取工作电压的二倍以上。注意使用时极性不要接反，带杠的是正极。 如图： 贴片陶瓷电容是新兴的替代小型贴片钽电容的产品，小容量（如10uF）价格较贴片钽电容便宜得多，体积基本相同。具有同样良好的高频特性和更低的内阻，但容量随温度变化大，适合用在电源的整流和去耦方面。 如图：
直插式铝电解电容最大的特点就是便宜，和其他电容相比，单位容量价格最低。它也是用于电源的整流和去耦方面，常用的容值为100uF、470uF、1000uF等。缺点是自身带有感性，使用时需并联陶瓷电容以提高高频性能。容值精度较低且随温度变化，寿命相对较短。有极性不可反接，带杠的是负极。 如图： 3、电感 电感使用1315和0808两种直插封装： 1315封装电感如下图：
0808封装电感如下图：
4、二极管
整流二极管（1N4007），高速二极管（FR157、1N4148），肖特基二极管（1N5819、1N5822），瞬态电压抑制二极管（P6KE），必须使用括号内标明的型号或用与之性能相近的型号替换，建议使用贴片封装。 发光二极管（LED）有0603、0805、1206、1210等贴片封装和Φ3、Φ5等直插封装，封装体积越大亮度越高，可承受的电流也越大。颜色自选（蓝、紫、白这三种颜色的LED较贵）。二极管带杠、带点、腿短一端为负极。
功率模块选型设计 对于一个具体的应用来说，选择功率模块时需要考虑其在任何静态、动态、过载（如短路）的运行情况下： ①器件耐压； ②在实际的冷却条件下，电流的承受力； ③最适合的开关频率； ④安全工作区(SOC)限制； ⑤散热条件与最高运行温度限制； ⑥封装和安装方式 ⑦成本和技术风险 (1)器件耐压设计=(+)K2 =(1.15*600+200)*1.1 =979(V) (1) 式中： ——过电压系数 ——安全系数 ——额定直流电压 ——关断即将结束时的尖峰电压 考虑到回馈制动，电压波动，开关过程引起的电压尖峰等因素，通常选择功率管器件耐压都是母线电压的一倍，故IGBT的电压额定值选用1200V。 (2)器件的电流选择
在电力电子设备中，选择功率管模块时，通常先计算通过功率管的最大电流值，然后根据该设备的特点，考虑到过载、电压波动、开关尖峰、温度等因素考虑一倍的安全余量来选择相应的功率管。 流过IGBT的最大电流为： = =300××1.2×1×1.5 =763.56(A) (2) 式中： ——电流尖峰系数 ——温度降额系数 ——过载系数 ——牵引电动机峰值电流 IGBT的电流额定值选用=800A (3)合适的开关频率 功率管的损耗主要由通态损耗和开关损耗组成，不同的开关频率，通态损耗和开关损耗所占的比例不同。而决定功率管通态损耗的饱和压降和决定开关损耗的开关时间（,）又是一对矛盾，因此应根据不同的开关频率来选择不同特征的功率管。 在低频如<10kHz时，通态损耗是主要的，这需要选择低饱和压降型功率管；当≥15kHz时，开关损耗是主要的，通态损耗占的比例比较小。
英飞凌新一代CoolMOS CFD2超结器件 随着功率密度不断提高，半桥(例如HID半桥或LLC)和全桥(例如ZVS全桥)等软开关拓扑成为理想的解决方案。由于改善了功率器件上di/dt和dv/dt的动态性能，采用这些拓扑可降低系统的开关损耗，提高可靠性。这种情况主要出现在轻载条件下。事实证明，CoolMOS这样的超结器件可以克服这个问题，由于其内部优化了反向恢复过程电荷载流子去除功能，并且消除内部寄生NPN双极晶体管的栓锁问题。通过增强注入载流子的结合率可大幅降低反向恢复电荷，而且增强结合率可降低关断过程中的反向恢复峰值电流，并使反向恢复电荷大幅降低至约为原来的十分之一。对于优化体二极管(图1)性能在硬开关条件下应用而言，反向恢复波形的形状和印刷电路板的设计尤其重要。新一代CoolMOS 650V CFD2改进了体二极管反向恢复性能，而且给击穿电压留有更大的安全裕量。 图1 CoolMOS高压功率MOSFET及其内部体二极管的横截面示意图。 反向恢复行为 新一代CoolMOS 650V CFD的反向恢复特性如图2所示。与标准器件相比，新一代CoolMOS 650V CFD器件具备极低的反向恢复电荷Qrr、极短的反向恢复时间trr和极小的反向恢复电流最大值Irrm。
图2是在di/dt=100A/μs、25°C和Vr=400V等条件下测量的反向恢复波形。相对于标准器件，新一代CFD器件具备极低的Qrr、trr和Irrm。 与此同时，尽管Qrr、trr和Irrm大幅降低，但这种新器件的波形仍然显示出软特性。这种特性十分适用于硬换流，旨在避免电压过冲和确保器件可靠运行。 换流耐用性
英飞凌各代IGBT模块技术详解 IGBT 是绝缘门极双极型晶体管（Isolated Gate Bipolar Transistor）的英文缩写。它是八十年代末，九十年代初迅速发展起来的新型复合器件。由于它将 MOSFET 和 GTR 的 优点集于一身，既有输入阻抗高，速度快，热稳定性好，电压驱动（MOSFET 的优点， 克服 GTR 缺点）；又具有通态压降低，可以向高电压、大电流方向发展（GTR 的优点，克服 MOSFET 的缺点）等综合优点，因此 IGBT 发展很快，在开关频率大于 1KHz，功 率大于 5KW 的应用场合具有优势。随着以 MOSFET、IGBT 为代表的电压控制型器件的 出现，电力电子技术便从低频迅速迈入了高频电力电子阶段，并使电力电子技术发展得更加丰富，同时为高效节能、省材、新能源、自动化及智能化提供了新的机遇。 英飞凌／EUPEC IGBT 芯片发展经历了三代，下面将具体介绍。 一、IGBT1－平面栅穿通（PT）型 IGBT （1988 1995） 西门子第一代 IGBT 芯片也是采用平面栅、PT 型 IGBT 工艺，这是最初的 IGBT 概念 原型产品。生产时间是 1990 年－ 1995 年。西门子第一代 IGBT 以后缀为“DN1” 来区分。如 BSM150GB120DN1。 图 1.1 PT-IGBT 结构图 PT 型 IGBT 是在厚度约为 300－500μm 的硅衬底上外延生长有源层，在外延层上制作IGBT 元胞。PT-IGBT 具有类 GTR 特性，在向 1200V 以上高压方向发展时，遇到了高阻、
厚外延难度大、成本高、可靠性较低的障碍。因此，PT-IGBT 适合生产低压器件，600V 系列 IGBT 有优势。 二、IGBT2－第二代平面栅 NPT-IGBT 西门子公司经过了潜心研究，于 1989 年在 IEEE 功率电子专家会议（PESC）上率先提出了 NPT－IGBT 概念。由于随着 IGBT 耐压的提高，如电压VCE≥1200V，要求 IGBT 承受耐压的基区厚度dB>100μm，在硅衬底上外延生长高阻厚外延的做法，不仅成本高，而且外延层的掺杂浓度和外延层的均匀性都难以保证。1995 年，西门子率先不用外延工艺， 采用区熔单晶硅批量生产 NPT－IGBT 产品。西门子的 NPT-IGBT 在全电流工作区范围内具有饱和压降正温度系数，具有类 MOSFET 的输出特性。 图 1.2 NPT-IGBT 结构图 西门子／EUPEC IGBT2 最典型的代表是后缀为“DN2”系列。如 BSM200GB120DN2。“DN2”系列最佳适用频率为 15KHz－20KHz，饱和压降 VCE(sat)=2.5V。“DN2”系列几乎 适用于所有的应用领域。西门子在“DN2”系列的基础上通过优化工艺，开发出“DLC”系列。“ DLC ” 系列是低饱和压降，（ VCE(sat)=2.1V ），最佳开关频率范围为 1KHz － 8KHz 。“DLC”系列是适用于变频器等频率较低的应用场合。后来 Infineon／EUPEC 又推出短拖尾电流、高频“KS4”系列。“KS4”系列是在“DN2”的基础上，开关频率 得到进一步提高，最佳使用开关频率为 15KHz－30KHz。最适合于逆变焊机，UPS，通 信电源，开关电源，感应加热等开关频率比较高（fK≥20KHz）的应用场合。在这些应用 领域，将逐步取代“DN2”系列。EUPEC 用“KS4”芯片开发出H—桥（四单元）IGBT 模块，其特征是内部封装电感低，成本低，可直接焊在 PCB 版上（注：这种结构在变频器应用 中早已成熟，并大量使用）。总之，EUPEC IGBT 模块中“DN2”、“DLC”、“KS4”采用 NPT 工艺，平面栅结构，是第二代 NPT-IGBT。
FF450R17IE4infineon FZ3600R12HP4infineon FS100R07N2E4_B11infineon FF650R17IE4D_B2infineon FS75R07N2E4infineon FF1200R12IE5P infineon FZ400R12KE4infineon DF120R12W2H3_B27infineon FP50R12KT4G infineon DD800S45KL3_B5infineon FS25R12W1T4_B11infineon FD300R07PE4_B6infineon FZ600R17KE4infineon F3L100R12W2H3_B11infineon FB30R06W1E3infineon FS20R06W1E3infineon FP10R12W1T4_B11infineon FP40R12KT3G infineon FF900R12IE4VP infineon FD1000R33HL3-K infineon FP15R12W1T4infineon FF400R07KE4infineon FP35R12W2T4infineon FS75R17KE3infineon FP35R12KT4infineon FF450R12ME4E_B11infineon FZ3600R17HE4P infineon FS100R17KE3infineon IFS75B12N3E4_B31infineon FF200R17KE4infineon FS100R07N2E4infineon DD500S65K3infineon FS200R12PT4P infineon FS150R12KT4infineon FP50R07N2E4infineon F3L300R12ME4_B23infineon FP50R07N2E4_B11infineon FP50R12KT4_B11infineon FP50R06W2E3_B11infineon FP25R12W2T4P infineon FS200R07A5E3_S6infineon FF300R17KE4infineon FS75R12KT4_B11infineon FZ2400R12HP4_B9infineon FS900R08A2P2_B31infineon FS400R07A3E3_H6infineon FP25R12W1T7_B11infineon FP25R12KT4_B15infineon FS100R17PE4infineon FP75R17N3E4_B11infineon
英飞凌第四代IGBT模块特性英飞凌第4代IGBT芯片技术-IGBT4 IGBT4模块封装 IGBT4：基于IGBT3技术 IGBT4：基于IGBT3技术，按应用优化特性 分别针对小、中、大功率应用而设计的三种IGBT4芯片 小功率IGBT4–T4 为中、小功率应用设计 用于中、小功率模块 在T3的基础上 - 提升开关速度 - 使关断波形更平滑一些 电压等级：1200V 适用开关频率：≤20kHz 配用小功率EmCon4二极管 中功率IGBT4–E4 为中、大功率应用优化设 用于中、大功率模块 在E3的基础上
- 提升开关速度 - 使关断波形更平滑一些 电压等级：1200V，1700V 适用开关频率：≤8kHz 配用中功率EmCon4二极管 大功率IGBT4–P4 为大功率应用优化设计 用于大功率模块 在E3的基础上 - 使关断过程“软” - 降低关断速度 电压等级：1200V，1700V 适用开关频率：≤3kHz 配用大功率EmCon4二极管 IGBT4（1200V）：特征参数的调整： 饱和电压 T4-小功率IGBT4：开关能耗低于T3 （提高了开关速度） E4-中功率IGBT4：开关能耗低于E3 （提高了开关速度） P4-大功率IGBT4：开关能耗高于E3 （降低了关断速度，使关断“柔软”）关断过程对比：T4的波形比T3的平滑一些
测试条件：Ls=200nH（极大），Ic=150A（Ic,nom=300A），Vdc=400V/450V/500V，Tj=25°C IGBT4（1200V）：中功率E4 关断过程对比：E4的波形比E3平滑一些 测试条件：Ic=Ic,nom=450A，Vdc=800V/900V（仅供测试），Tj=25°C IGBT4（1200V）：大功率P4 关断过程对比：P4（及EmCon4）呈现明显的“软”特性
汽车应用中的IGBT功率模块 诸如高环境温度、暴露于机械冲击以及特定的驱动循环等环境条件，要求对IGBTIGBT 功率模块功率模块的机械和电气特性给予特别的关注，以便在整个使用寿命期间能确保其性能得到充分发挥，并保持很高的可靠性。本文对IGBT的功率和热循环、材料选型以及电气特性等问题和故障模式进行了探讨。 各种工业应用中通常会使用多达十几种的绝缘栅双极晶体管（IGBT），设计IGBT模块的目的就是为了向某种专门的应用提供最优的性价比和适当的可靠性。图1为现有的IGBT功率模块的主要组成部分。 商用电动车（EV）和混合动力电动车（HEVHEV）的出现为IGBT模块创造了一个新的市场。EV和HEV中对IGBT功率模块的可靠性要求最高的部分是传动系传动系，IGBT位于逆变器中，为混合系统的电机提供能量。根据传动系的概念，逆变器可以放置在汽车尾箱、变速箱内或引擎盖下靠近内燃机的位置，因此IGBT模块要经受严峻的热和机械条件（振动和冲击）的考验。 为向汽车设计人员提供高可靠性的标准工业IGBT模块，IGBT设计人员必须特别小心地选择材料和设计电气特性，以得到相似甚至更好的结果。 热循环和热冲击试验 在热循环（TC）期间，待测器件（DUT）交替地暴露于被精确设定的最低和最高温度下，使其管壳的温差（ΔTC）达到80K到100K。DUT处于最低和最高温度的存储时间必须足以使其达到热平衡（即2到6分钟）。此项试验的重点是检测焊接处的疲劳特性。 通过更严格的试验，还可以研究其它部分（如模块的框架）所存在的弱点。热冲击试验（TST），也被称作二箱试验，是在经过扩展的ΔTC的条件下进行的，例如从-40-C到+150+C，其典型的存储时间为1小时。 图1：包括基板在内的IGBT模块构架示意图。 功率循环 在热循环/热冲击试验过程中，从外部加热DUT，而在功率循环（PC）期间，DUT被流经模块内部的负载电流主动地加热。因此，模块内部的温度梯度和不同材料层的温度都比热循环过程中高得多。 模块的冷却是通过主动关断负载电流以及使用外部散热措施来实现的。最典型的是使用水冷散热器，但空气冷却系统也较常用。试验装置能在加热阶段停止水流，待进入冷却阶段后再重新打开水流。通过功率循环，能对绑定线的连接以及焊接处的疲劳特性进行研究。 诸如高环境温度、暴露于机械冲击以及特定的驱动循环等环境条件，要求对IGBT功率模块的机械和电气特性给予特别的关注，以便在整个使用寿命期间能确保其性能得到充分发挥，并保持很高的可靠性。本文对IGBT的功率和热循环、材料选型以及电气特性等问题和故障模式进行了探讨。 各种工业应用中通常会使用多达十几种的绝缘栅双极晶体管（IGBT），设计IGBT模块的目的就是为了向某种专门的应用提供最优的性价比和适当的可靠性。图1为现有的IGBT功率模块的主要组成部分。 商用电动车（EV）和混合动力电动车（HEV）的出现为IGBT模块创造了一个新的市场。EV和HEV中对IGBT功率模块的可靠性要求最高的部分是传动系，IGBT位于逆变器中，为混合系统的电机提供能量。根据传动系的概念，逆变器可以放置在汽车尾箱、变速箱内或引擎盖下靠近内燃机的位置，因此IGBT模块要经受严峻的热和机械条件（振动和冲击）的考验。 为向汽车设计人员提供高可靠性的标准工业IGBT模块，IGBT设计人员必须特别小心地
关于英飞凌IGBT模块的选型 英飞凌IGBT模块的型号： 电压规格： 直流母线/电网电压 IGBT电压规格 300V DC (max. appr. 450V DC) 600 V 600V DC (max. appr. 900V DC) 1200 V 750V DC (max. appr. 1100V DC) 1700 V upt to 1300V DC controlled 2500 V 1500V DC (max. appr. 2100V DC) 3.3 kV (or2x 1700 V in series/3-level) up to 2500V DC controlled 4.5 kV 3000V DC (max. ca. 4500V DC) 6.5 kV (or2 x 3.3 kV in series/3-level) 2.3kV AC (≈3.3kV DC) 同上 4.16kV AC (≈ 5.9kV DC) 6.5 kV in series/3-level 6.6kV AC (≈9.4kV DC) multi-level
Datasheet RBSOA： 宇宙射线会导致IGBT/FWD的失效，失效率（FIT）和直流母线电压有关、海拔高度、结温有关。
Example: 1700V IGBT Module FIT vsDC-link Voltage 宇宙射线，FIT随海拔高度而倍增。 电流规格：
电路形式： 形式越完整，性价比越高，功率密度也越高； 并联的优点：功率密度低，基板温度（壳温）波动小模块封装： Thermal Simulation Results
1 简介 由于大功率模块的运行会导致模块发热，所以必须通过散热片来耗散掉这些能量，以至于模块温度不超过数据手册中指定的运行中最高温度（在开关状态中）的特定值。 2关于导热剂与散热器表面的建议 对于模块基板与散热片的各自表平面，在两个啮合面之间有一个固有的气隙。为了驱散掉模块中功率损耗并在芯片与散热器之间有一个高效的热通道。这些气隙或者凹处就必须用导热剂填充。最佳的涂层厚度为取代所有的空气，但不能阻止基板与散热器之间的金属-金属接触面。 按照一般规则，对于PrimePACk模块来说，如果手工来涂抹导热剂，我们建议50um的典型厚度。根据导热剂的粘度，存在与推荐值的偏差也是可能的（请见下文）。 在我们的数据手册里，你会发现一个热阻R 的数值，它表示的是模块基板 thCH 与散热器之间的导热阻抗。为了在你的应用中确保这个热阻值，在模块与散热器之间接触面的粗糙度和散热器的平整度应该具有以下： 基板规格表面粗糙度平整度 172×89mm 模块：<10um <30um 250×89mm 模块：<10um <50um 下面的这些量值一个准则，就是导热剂为了达到50um的涂层所需要的量值。这些容量可以通过注射或者利用别的管子来测量得到。 172×89mm 模块： 0.77cm3 250×89mm 模块： 1.11cm3 2 丝网印刷工艺 在丝网印刷的过程中，导热剂被直接应用于模块的基板。以下图片展示的是机器工作及导热剂涂抹过程。 1.首先清洁金属夹具上的变硬的导热剂残留物或者其他杂质。可以应用适当的乙 醇等化学物品。 2.校准丝网模板与模块的位置，如图4所示，把PrimePACK模块放进卡槽里。
英飞凌推出OptiMOS? 5 25V和30V产品家族 英飞凌推出OptiMOS? 5 25V和30V产品家族，其能效高达95%以上，可为稳压器解决方案提供最高功率密度 ?2015年3月24日，德国慕尼黑讯——英飞凌科技股份公司(FSE代码：IFX / OTCQX代码：IFNNY)今日推出了OptiMOS? 5 25V和30V产品家族，它们是采用标准分立式封装的新一代功率MOSFET。同时，英飞凌还发布了名为Power Block的新型功率模组和集成式功率模组DrMOS 5x5。加上驱动器和数字控制器产品，英飞凌为服务器、电脑、数据通信和电信设备等提供了完备的系统解决方案。 ?在云计算、物联网和社交媒体等大趋势的推动下，现代社会对数据处理能力的需求与日俱增。伴随而来的，是能耗大幅增加，这继而要求提高功率转换系统的能效。新近推出的OptiMOS 25V和30V产品重新定义了业内解决方案的性能标杆，在整个负载范围内，其能效比上一代产品提高了1%左右，在典型的服务器电源设计中，其峰值效率高达95%以上。这样的性能提升得益于诸多因素，如开关损耗(Qswitch)比上一代的OptiMOS技术降低了50%。举例来说，对于一颗全年不间断工作的130W服务器CPU而言，采用新的OptiMOS 25V，可节约用电26.3度。按一个大型机房平均拥有5万台服务器计算，每年总共可以节约用电两百六十万度。 ?全新封装技术 ?在发布OptiMOS 25V和30V产品家族的同时，英飞凌还推出了能进一步节省板上空间的全新封装技术。Power Block产品家族和集成式功率模组DrMOS 5x5均采用了这种新型封装技术，它的低边MOSFET采用了源极朝下的焊接方式(跟传统相反)，可极大改善散热性能，对比SuperSO8等标准封
英飞凌IGBT模块应用笔记 目录 1 摘要 2 导言 2.1 数据表的状态 2.2 型号命名规则 3 数据表参数——IGBT 3.1 集电极-发射极电压VCES 3.2 总功率损耗集电极-发射极电压Ptot 3.3 集电极电流IC 3.4 重复性集电极峰值电流ICRM 3.5 反向偏压安全运行区域RBSOA 3.6 典型输出和传递特性 3.6.1 IGBT器件结构以及IGBT与功率MOSFET在输出特性上的区别3.6.2 传递特性和输出特性（IGBT数据表） 3.7 寄生电容 3.7.1 测定电路 3.7.2 栅极电荷Qg和栅极电流 3.7.3 寄生导通效应 3.8 开关时间 3.9 短路 3.10 泄漏电流ICES和IGES
3.11 热特性 4 数据表参数——二极管 4.1 正向电流IF和正向特性 4.2 重复性峰值正向电流IFRM 4.3 反向恢复 4.4 特热性 5 数据表参数——NTC热敏电阻 5.1 NTC阻值 5.2 B值 6 数据表参数——模块 6.1 绝缘电压VISOL 6.2 杂散电感LS 6.3 模块电阻RCC’+EE’ 6.4 冷却回路 6.5 安装扭矩M 7 参考资料 1 摘要 注释：本应用笔记中给出的下列信息仅作为关于实现该器件的建议，不得被视为就该器件的任何特定功能、条件或质量作出的任何说明或保证。 本应用笔记旨在对IGBT模块的数据表中给出的参数和图表予以解释。本应用笔记有助于要求使用IGBT模块的功率电子元件的设计者正确地使用该数据表，并为其提供背景信息。文章来源：https://www.doczj.com/doc/ba5895356.html,/jc/255.html