多种解决方案帮助完成设计
针对变频器设计工程师所面临的设计难题，英飞凌科技提供了下列解决方案来支持应用设计：
1.创新的IGBT芯片工艺
继第3代沟槽场终止型IGBT(IGBT3：E3、T3)之后，英飞凌现在又推出了三种版本的第4代1200V IGBT(IGBT4)，包括
* 高功率版本(HiPo)：具有更好的软化度(关断时更低的di/dt)和比E3更低的Vcesat
* 中等功率版本(MePo)：软化度和E3相同，但速度更快(更低的Eoff)
* 低功率版本(LoPo)：速度比T3快，软化度也比T3好
另外，IGBT4在关断时的di/dt可完全受Rg控制，这是它的另一个优点。基于软化度的提高，IGBT4从下面几个角度降低了变频器尤其是大功率变频器的设计难度：
* 允许更高的直流侧电压(从而能更好地利用IGBT的阻断能力)
* 简化了缓冲电路(从而降低了系统成本)
* 在相同的直流侧电压和安全容限下，可用较低的Rg值来达到较快的开关速度(从而使开关损耗保持不变)
2.创新的封装技术
我们很快还将会推出一种被称为PrimePACK的全新模块封装(见图2)。
PrimePACK采用半桥电路结构，提供两种封装尺寸(PrimePACK2和PrimePACK3)，分别对应于400A-900A和1400A两种电流规格，有1200V和1700V两个系列。作为一种全新的面向中、高功率应用的IGBT模块系列，PrimePACK的主要特点是减小了封装电感。基于改进的功率端子布局和内部结构，PrimePACK与现有的IHM 130×140封装相比其封装电感减小了60%，显著降低了减小环路分布电感(Ls)的设计难度。
改进的封装设计还为PrimePACK带来了另外两方面的优点：
1) 通过改进芯片的布局和基板设计减小了热阻。与IHM 130×140封装相比，PrimePACK在安装面积减小14%的情况下将热阻减小了30%
2) 通过改进焊线工艺，使Tvj,op,max可定义在150℃，这比大多数现有封装的指标高出25℃
封装技术的创新不仅提高了IGBT模块的散热能力，还提高了其在功率循环(PC)和热循环(TC)能力方面的可靠性。随着焊线工艺的改进，具有150℃ Tvj,op,max的IGBT模块能够在相同Tj下提供更高的PC能力，或在更高的Tj下保持相同的PC能力。此外，借助陶瓷衬底和基板材料的创新，IGBT模块的TC能力也得到提高，同时将成本控制在可接受水平以内。所有这些都有助于解决电动汽车应用领域设计工程师所面临的难题，即如何选择标准成本的IGBT模块来达到所需的可靠性。
3.用于器件选型的计算程序
英飞凌科技提供了一个名为IPOSIM的基于Excel的计算程序。IPOSIM利用数据表，按用户设置的工作条件、Zthjc模型和正弦脉宽调制工作原理计算IGBT和续流二极管的功率损耗和温度。根据用户设定的Tj上限及对每个IGBT模块所规定的RBSOA限制，IPOSIM可以列出给定工作条件下满足上述限制的IGBT模块清单。IPOSIM还能计算被选中的模块在不同工作条件下所能提供的最大输出电流，并帮助用户确定所需的散热器热阻规格和所允许的最大环境温度。此外，该程序还以图表的形式给出计算结果，便于用户进行分析，它甚至能对一组连续变化的工作点进行计算。高级用户能利用IPOSIM的数据库在IPOSIM中创建新的型号，或在实际条件与数据表测试条件不同时按实际条件进行计算。最新版本的IPOSIM还提供了一项新的功能，使用户能够对四个不同类型的IGBT模块就电流输出能力随开关频率变化的关系进行比较。
IPOSIM将设计工程师从繁重的计算工作中解放出来，并帮助他们合理地选择IGBT模块类型。虽然它只是一个理论计算程序，但可以给设计优化和定量分析带来极大的方便。该程序可从英飞凌网站免费下载。
4.评估板
评估板是模块制造商针对待评估IGBT模块设计并经过测试的应用电路，具有门极驱动和IGBT保护等功能。提供评估板主要出于两个目的：
1) 促进和加速用户对IGBT模块的测试过程
2) 提供模块外围电路参考设计
除了评估板，我们还向用户提供全套的设计文档，以便在变频器设计工程师面对紧迫的开发时间和有限研发资源时使他们能够有一套行之有效的解决方案。
结论
针对如何处理di/dt、寄生电感、损耗及温度计算、可靠性要求、紧迫的开发时间和可用资源等一系列设计挑战，我们提供了多种解决方案，其中包括在器件层面采用创新的IGBT模块技术、在软件层面提供多功能计算程序及在系统层面提供评估板。
作者：梁知宏
主任工程师
英飞凌科技(中国)有限公司
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