加速线上工具的功率级设计，助力IGBT特性分析功能提升

特性，其中第一个方案可在低频率的情况下得到更多的电流，表现最优异；还有一点非常清楚的是，载流性能随着频率的增加而下降的速度变快，这也表示切换的损耗变高。熟练的设计人员都知道，快速的切换经常会导致电磁干扰（EMI）问题，并不会变成实质的优点，这种情况在马达驱动应用中尤其显著。

　　图6 透过电流与效率曲线可呈现IGBT导通和切换性能的关系，便于进行不同元件的比较。

　　图6中的表格也提供接合温度和功率损耗的指标数字，根据首个画面显示的输入，图6的座标是在由最大值降低25℃的接合温度下得出，第一个IGBT方案的额定温度为175℃，而其他产品的额定温度则为150℃，这也是该产品的曲线远高于其他两个IGBT的原因。

　　实际上，PCB的设计限制将妨碍范例中用于马达驱动的IGBT采更高额定温度，然而，如图5所示，新一代沟槽式IGBT在特定应用中具有最低的运作温度，这正是达成功率级设计最佳化的关键，设计师不仅可省去PCB上的孔并采用4OZ铜板，从而去除一些物料清单（BOM）成本，还可用元件选择器检测到功率耗损和温度造成的影响，将热阻从40℃/W提升到50℃/W，并对结果进行检测。

　　此范例显示出新版网路工具在协助设计人员评估其电源系统的整体性能，以及针对成本、效率和可靠度最佳化方面，都比以往的版本更可靠、更有效率。

　　导入弹性演算功能　线上设计工具再升级

　　尽管功率级线上设计工具的功能已大幅提升，但仍有许多未来努力空间，特别是针对转换器导通周期和损耗提供更具代表性的计算方法。

　　在图6的机制中，在持续电流模式下，计算运作周期到一半时的功率损耗，在这种运作模式下，与IGBT封装在一起的二极体并不导电，但后补二极体会导电，功耗却没有在计算范围内。

　　由于二极体不导电，因此针对上面零件所计算出的接合温度，在形式上仍是正确的，但计算表格未能完整反应出实际应用的情况，因导通周期可能更高或更低，而功率耗损会相对产生变化。

　　为克服此一限制，国际整流器正投入开发应用专用工具，让设计人员可考虑在设计中加入大量额外的因素，例如不同调变策略的影响，以及马达驱动器中的IGBT在马达电流周期的一半就导电，而在周期的另一半则为其中的二极体导电。专门为马达驱动设计的工具即可充分考虑所有这些因素，同时不会忽略环境温度，它将根据使用者所输入的调变指数和功率因数来计算导通周期。

　　由于热量不会以线性方式从一个点流向另一个点，而是根据热的差异，朝向不同的方向流动，因此不能根据热阻数量正确定义出散热环境的特性；因应此一特性，设计工具也须进一步改良，根据散热器或接合温度等资料，提供三维（3D）温度分布方案。

　　目前市面上已有针对汽车等特定应用领域开发的有限元分析（FEA）引擎工具，可精确模拟热环境，而未来的挑战则在于如何建置一套适合各种应用的散热器模型，故线上设计工具的功能演进方向可望朝模型标准化发展，使其更适用于一般系统设计。

　　整体而言，新一代沟槽式IGBT等功率半导体技术，虽可缩减系统尺寸和成本，同时提高效率和增强可靠性，但时间压力会让设计人员无法探索新的机会，甚至会让旧式设计一再应用，结果会使终端产品未能达到最高性能。

　　对此，新一代线上设计工具在加速功率级设计方面将非常有效率，并可协助设计人员在新产品设计中发挥最新技术的优势。