前面我們分享了匯川技術(shù)功率器件首席專家吳楨生先生的《IGBT在工業(yè)驅(qū)動(dòng)器的應(yīng)用技術(shù)展望與探討》主題報(bào)告，前一篇文章已經(jīng)為大家介紹了IGBT技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)：高功率密度、高可靠性、更加易用。

接下來本篇文章將繼續(xù)對(duì)高功率密度、MPT技術(shù)發(fā)展下的SOA、高防護(hù)、dv/dt 的影響、TSC封裝等做出詳細(xì)介紹。

1、高功率密度

圖1??高功率密度

2、MPT技術(shù)發(fā)展下的SOA

圖2??MPT技術(shù)發(fā)展下的SOA?

3、高防護(hù)

IGBT在使用的過程中存在一些問題，例如在寒冷的環(huán)境中，如采礦、橡膠硫化等，空氣中含有的硫化氫，在DBC襯板上，兩個(gè)相鄰的銅箔之間生成枝晶，時(shí)間一長(zhǎng)就會(huì)造成短路，最終會(huì)造成IGBT 的損壞。在這種環(huán)境下，一方面是整機(jī)防護(hù)，另一方面是 IGBT能夠從封裝級(jí)別提出防護(hù)措施，如防硫封裝，以應(yīng)對(duì)應(yīng)用場(chǎng)合需求。

在如海上、碼頭等潮濕的環(huán)境中，IGBT會(huì)比較容易出現(xiàn)擊穿。但是在以往的IEC標(biāo)準(zhǔn)在這方面并沒有做要求。然而要滿足這樣的使用環(huán)境，芯片需要通過HV-H3TRB 的測(cè)試，需要注意芯片終端及鈍化層的設(shè)計(jì)。

4、dv/dt?的影響

?4.1??dv/dt在工業(yè)驅(qū)動(dòng)器中的影響

工業(yè)驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域?qū)v/dt的關(guān)注度比較高，如下圖4展示的拓?fù)鋱D是從電網(wǎng)側(cè)到驅(qū)動(dòng)器到電機(jī)，從圖上看，若IGBT 輸出端產(chǎn)生的dv/dt比較高將會(huì)帶來以下問題：

第一，由于線纜的反射，會(huì)在電機(jī)端產(chǎn)生反射電壓。

在dv/dt 比較小的情況下，電機(jī)端產(chǎn)生的反射電壓較低；但若開關(guān)太快，在電機(jī)端會(huì)產(chǎn)生較高的反射電壓，從而導(dǎo)致電機(jī)絕緣會(huì)老化，最終導(dǎo)致電機(jī)損壞。

為了避免上述情況，可能需要在逆變器的輸出加上濾波器，或是被動(dòng)地提升電機(jī)的絕緣，這兩種解決方案都會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)成本上升，所以太高的dv/dt是不好的。

第二，dv/dt太高，漏電流增大，導(dǎo)致輸出電流增大，驅(qū)動(dòng)器的輸出電流增大最終就會(huì)導(dǎo)致過流故障。為了避免過流故障，則需要增加驅(qū)動(dòng)器選型，最終帶來的也是成本上升。

此外，這塊的漏電流最終回流到網(wǎng)側(cè)，對(duì)電網(wǎng)造成污染。為了抑制漏電流對(duì)電網(wǎng)造成上升的電磁干擾?（EMI），需要加上 EMI 濾波器，從而導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)器的成本上升，體積增大。

最終還有一個(gè)問題就是，電機(jī)的軸電流的會(huì)增大，最終導(dǎo)致電機(jī)軸承被電蝕，最終導(dǎo)致電機(jī)損壞，這類問題不像前幾種還有防護(hù)的手段，解決手段基本要從源頭去解決，即降低dv/dt，或者需要使用多電平拓?fù)洹?/span>

綜上，dv/dt在工業(yè)驅(qū)動(dòng)器領(lǐng)域是非常重要的。

匯川技術(shù)對(duì)A、B公司的IGBT做了關(guān)于dv/dt 的測(cè)試。

如圖5所示，左圖為開通 dv/dt 和電流(Ic)之間的關(guān)系。由圖可知，隨著電流的不斷上升，開通 dv/dt不斷下降。從應(yīng)用角度來看，會(huì)更傾向于A，因?yàn)檎麢C(jī)對(duì)外的電磁干擾（EMI）是由最大的 dv/dt水平?jīng)Q定。而我們知道，小電流時(shí)，就是最大的dv/dt的點(diǎn)。

這個(gè)測(cè)試方法是在小電流下，把dv/dt水平都調(diào)到一樣的情況，即保證對(duì)外的干擾一樣。到了大電流的時(shí)，則更關(guān)注損耗，若此時(shí)的dv/dt越大，開關(guān)快一點(diǎn)，開關(guān)損耗會(huì)變小，便可以在相同對(duì)外干擾的情況下獲得更低的損耗。這一點(diǎn)是要去特別去注意的，但有些廠家并不太注意，而應(yīng)用端則期望在相同的對(duì)外輻射情況下去獲得的更低損耗。

右圖為不同廠家開通dv/dt的瞬態(tài)表現(xiàn)。dv/dt有不同的測(cè)量方法，通常采用的是 90%?到 10%?是過程的測(cè)量方法，即取電壓 90%?到 10%?之間的差值，除以它們經(jīng)過的時(shí)間，即為 dv/dt 的平均值。

這張圖中所測(cè)得兩家公司的dv/dt值可能是一樣的，但實(shí)際上它們的瞬態(tài)表現(xiàn)是完全不同的。A公司的話是比較線性，比較平均，而B公司則是一開始快速下降，之后再有一個(gè)相對(duì)較長(zhǎng)的拖尾。在這兩種情況下，芯片設(shè)計(jì)工程師可能比較傾向B公司，快速地下降意味著更低的開關(guān)損耗。

但實(shí)際上從應(yīng)用的角度來講，這兩家公司的產(chǎn)品在整機(jī)上的EMI 表現(xiàn)是不一樣的，根據(jù)匯川技術(shù)的測(cè)試結(jié)果，B公司的產(chǎn)品 EMI會(huì)比 A公司可能高 10?個(gè) dB甚至以上。為解決高出的10個(gè)dB，不得不增加 EMI濾波器，增加成本去解決這個(gè)問題。如果不想增加成本，可能需要人為地去調(diào)整 IGBT 的驅(qū)動(dòng)參數(shù)，特意調(diào)慢它，使得它對(duì)外的 EMI 沒有那么大。但是如果這么去做，B公司的 IGBT基本上不能用了，因?yàn)榘阉?dv/dt調(diào)到和 A公司一樣，損耗會(huì)非常大。實(shí)際上，從應(yīng)用端來說，希望開通 dv/dt盡可能線性，同時(shí)可控性是比較好的。

圖5??兼顧 EMI和 Eon

5、?Top?side?cooling(TSC)封裝

在中小功率段，TSC封裝是比較不錯(cuò)的選擇。相比傳統(tǒng)的插件式封裝，可簡(jiǎn)化生產(chǎn)，相比傳統(tǒng)貼片式封裝，有更好的散熱路徑。所以 TSC封裝是綜合了簡(jiǎn)化制造和良好散熱等特點(diǎn)。在 20?千瓦以下的功率段來看，TSC封裝是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。

TSC封裝的瓶頸主要在往更大功率去拓展時(shí)，會(huì)碰到更高導(dǎo)熱要求與工藝平整度的矛盾。

圖6?TSC封裝

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