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盘点国外IGBT标杆产品

发布日期:2021-09-26 浏览次数:2213 作者:网络

 IGBT作为新型功率半导体器件的主流器件,已经广泛应用于工业、通信、计算机、消费电子、汽车电子以及航空航天、国防军工等产业领域,在新兴领域如新能源新能源汽车等也被广泛应用。

IGBT凭借其高输入阻抗、驱动电路简单、开关损耗小等优点在MOSFET和BJT的基础上有效降低了n漂移区的电阻率,大大提高了器件的电流能力。目前IGBT已经能够覆盖从600V—6500V的电压范围。

我国拥有最大的功率半导体市场,目前IGBT等高端器件的研发与国际大公司相比有着较明显的差距,IGBT技术集成度高又导致了较高的市场集中度。跟国内厂商相比,英飞凌、 三菱和富士电机等国际厂商目前占有绝对的市场优势。本期从国外主流厂商的系列产品着手,看目前位于行业头部的IGBT产品。

Infineon IGBT模块

 

在3300V以上电压等级的高压IGBT技术领域Infineon处于头部,在大功率沟槽技术方面,Infineon同样处于国际领先水平。在正向和阻断状态下,Infineon的IGBT功率损耗极低,仅需低驱动功率便可发挥高效率。IGBT可承受电压高达6.5 kV,工作频率为2 kHz至50 kHz均有覆盖。借助广泛的技术组合优势,Infineon IGBT的设计具有出色的电流承载能力和更高的脉冲负载能力,功耗极低。

HybridPACK系列模块

IGBT汽车应用电压主要在600V到1200V之间,这个区间里Infineon优势很大。HybridPACK系列拓展了面向混合动力汽车和电动汽车的IGBT模块的功率区间,涵盖了200 A至900 A以及400 V至1200 V(芯片额定值)功率范围。

(HybridPACK Drive模块,Infineon)

HybridPACK Drive功率范围为100至175 kW,并针对混合动力和电动汽车牵引应用进行了优化,是很紧凑的功率模块。

电源模块采用新一代EDT2 IGBT芯片,一种汽车微图案沟槽场停止单元设计,可在电动汽车的实际驾驶循环中提供最高效率。该芯片组具有基准电流密度、短路耐受性和更高的阻断电压,在恶劣的环境条件下依然可以可靠地运行逆变器。


(HybridPACK DSC模块,Infineon)

HybridPACK DSC同样是汽车IGBT模块,在Drive的基础上,DSC在拓展性上更强,同时效率提升了约25%。

该模块双面冷却技术和IGBT半桥配置,模块两侧的两块铜板用于双面冷却 (DSC),从而实现了高功率密度,片上温度和电流传感器(过流保护)在安全性和性能之间提供了很好的保障。

TRENCHSTOP系列模块

TRENCHSTOP系列模块专为变频工业驱动而设计,基于新型微沟槽栅技术使得可控性更高。950 V/1200 V TRENCHSTOP IGBT7 二极管技术是基于最新的微沟槽技术,该技术平台的特别之处在于,实施由亚微米级平台隔开的平行沟槽单元,而之前使用的是方形沟槽单元,因此器件损耗大幅降低。


(TRENCHSTOP模块,Infineon)

另一个突出的性能指标就是功率密度更高,同时开关软度提高,这是因为该芯片特别针对工业电机驱动应用和太阳能逆变器应用进行了优化。除此之外,功率密度提升也源于该系列功率模块在过载工况下容许的最高运行温度提高至175 ℃的同时功耗也不超过4kW。

三菱IGBT模块

 

三菱IGBT模块有一项值得称道的技术,就是CSTBT。三菱IGBT产品芯片结构从平面栅极结构发展为沟槽栅极结构的发展过程中凭借CSTBT结构,也就是其运用载流子储存效应研发的IGBT,满足了工业设备低损耗、小型化的要求。

T/T1 系列IGBT模块


(T/T1  IGBT模块,三菱)

T/T1 系列搭载新推出的采用CSTBT*1结构,能够减少功率损耗。同时在模块中内置了三相整流器,逆变器和CIB。在封装上采用了相变热界面材料,提高了热循环寿命,大大提高工业设备的可靠性。与三菱现有的其他模块相比,CIB模块使得紧凑型变频器外型尺寸约可减小36%,满足市场小型化的需求。

T/T1 系列同样在过载工况下容许的最高运行温度高至175 ℃,发射极电压最大为650V,电流为100A,在工业应用上足够覆盖不同工况。

3级变频器用 IGBT模块

这个系列是3级变频器专用的IGBT模块。按照3电平逆变器的要求,对采用CSTBT结构的IGBT规格进行了优化。端子位置经过精心设计,1in1/2in1产品的外型尺寸为130mm×67mm,4in1型外型尺寸为115mm×82mm,在尺寸上做到了更小,同时提高了设计自由度。

同时,这个系列拥有共射连接的双向开关模块,兼容3电平逆变器,功耗约减少了30%。加之采用了新型封装,大幅减少了杂散电感,对逆变器电路结构起到了极大的简化作用。

富士 IGBT模块

 

IGBT 2-Pack系列

这个系列覆盖600V-1700V级。2-Pack内置了半桥电路。这个系列主要应用于UPS、通用变频器、电力铁路、大型太阳能发电等的大范围转换器。模块大功率的同时保证了相当的可靠性。


(1200V与1700V模块,富士电机)

以M254 1200V/600A为例,这个系列有三大特征。一是开关高速,二是采用了电压激励,三则是采用了低电感外壳。每个产品包含两个IGBT芯片和两个FWD芯片。通常在一组中使用三个单元组成PWM逆变器。系列产品的功耗很低,在175℃的最高温下运行,功耗也仅为3.75kW。

这个系列的短路耐受能力很强,在短路电流和/或电源电压较低的情况下,IGBT模块的能力限制为设备额定电流的几倍。在发生短路的情况下,过电流受到限制,使装置具有较高的短路耐受能力。

小结

 

在大功率沟槽技术方面,英飞凌与三菱处于国际领先水平,富士电机的长处则在反向耐压这一技术上。同时,国外头部公司基于传统封装技术研发出的多种先进封装技术,能够大幅提高模块的功率密度、散热性能与长期可靠性,这也是值得国内厂商关注的一点。
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