4.5kV IGBT/二极管芯片组在高压直流输电领域的应用

倍，被成功关断。

　　垂直的 IGBT 结构经过优化，延长短路时间下限直至器件失效。图 4 显示了一个短路波形。短路事件可以由 IGBT 模块 FZ1200R45HL3 来处理，即使在 10μs 的短路持续时间之后，该装置依然能够提供可靠关断。

　　图 4：短路波形 @ 3000V， 125°C， VGE=17 V （VCE=500V/div， IC=1.3kA/div， VGE=10V/div）

　　4）IGBT 和二极管的鲁棒性

　　在高压直流应用以及牵引应用中， IGBT 和二极管能够凭借其具备的高过流关断能力提高系统的可靠性。

　　采用 HDR 概念后，终结系统对 IGBT 的鲁棒性的影响可以忽略不计。只有单元设计会构成限制因素。沟槽结构容许进一步降低 IGBT 的源极长度。因为电流密度与源极长度成反比地减少，所以沟槽 IGBT 的闭锁免疫力得到了有效地改善，并且获得优异的关断耐用性，具体表现在能开关 比标称电流高 4 倍的电流而不导致电流或电压信号发生严重振荡。

　　除了低通态电压外，新的 4.5kV EC 二极管还表现出低动态功耗和非常高的鲁棒性。已经在 Pmax≥4MW 条件下对 200A 标称电流模块进行了二极管恢复测试，测试结果证明二极管没有损坏。

　　5）浪涌电流能力

　　发生输电线路短路等故障时，在二极管工作期间可能遭遇到高浪涌电流等失效条件。因此，承受高浪涌电流的能力是考察模块可用性的一个重要标准。可通过优化垂直设计降低 VF 并且运用 HDR 概念，获得足够的抗浪涌电流能力。一个 IC =1200A 的模块，典型的 IFSM 值可达到 10kA 左右，相当于 125°C 下 I2t 等于 500 kA2s，150℃下 I2t 等于大约 500 kA2s。

　　6）宇宙辐射的鲁棒性

　　4.5kV IGBT 和发射极控制二极管的设计决定了它们相对宇宙辐射具有较强的鲁棒性。垂直器件结构在典型的直流母线电压下表现出低电场强度。已测明 FZ1200R45HL3 模块在 ~3kV 直流母线电压下的典型失效率 （FIT），即 109 小时运行时间内的失效数为 100 FIT。除了阻断直流母线电压期间的稳定状态以外，开关运行下的宇宙辐射鲁棒性也被考虑到了。模拟实验证实，dV/dt≤ 2kV/μs 情况下的额外动态 FIT 率可以忽略不计，因为器件内部电场有限。

　　总结

　　新近推出的 4.5KV 沟槽场截止 IGBT 和发射极控制 EC 二极管专为工业应用而设计，采用 IHV-B 封装者尤其适合用于高压直流应用场合。该 IGBT 和二极管具备非常低的通态电压和快速开启 IGBT 开关的行为，尤其适合在超出标准的条件下的高电压大电流环境下使用。同时，FZ1200R45HL3 模块还显示出了优秀的短路性能。此外，过流关断试验也证明了 IGBT 和二极管出色的鲁棒性。新器件的最高设计工作温度为 150℃。这些功能都是通过运用 HDR 技术调整沟槽单元设计以及 6.5kV IGBT 的垂直结构来实现的。