优化高电压igbt功率模块方案,沟道和平面igbt功率模块
2022-02-09
目前,市面上有不同的高级功率开关,例如金属氧化物半导体FET(MOSFET),双极型三极管(BJT),和绝绿栅双极晶体管(igbt功率模块)来转变功率。但是,这一使用要实现最高的转变效率和特性需求,便是选择有效的功率晶体管。
为了要一起把谐波和功率损耗降至最低,逆变器的高侧igbt功率模块借助了脉宽调制(PWM),同时低侧功率器件就用60Hz实行转变。借助把PWM频率定在20kHz或以上操作,高侧igbt功率模块有50/60Hz调制,输出电感器L1和L2便可以保持真实有效的较少尺寸,供应有效的谐波滤波。再者,逆变器的可听声也能够降至最低,是因为开关频率现已高过人的听域。
我们研究过选用不一样igbt功率模块组成的各类开关工艺后,认准可以完成最低功率损耗和最多逆变器特性的最佳组成,是高侧晶体管借助超高速沟道igbt功率模块,而低侧部份就选用标准速度的平面元器件。与快速和标准速度平面元器件对比,开关频率在20kHz的超高速沟道igbt功率模块供应最低的总通态和开关功率损耗组成。高侧晶体管的开关频率为20kHz的另外1个特点,是输出电感器有合理的小尺寸,一起也易于实行滤波。在低侧层面,我们把标准速度平面igbt功率模块的开关频率定在60Hz,使功率损耗可以保持在最低的水平。
当我们细看高电压(600V)超高速沟道igbt功率模块的开关特性,便会了解这类元器件为20kHz的开关频率实行了优化。这使设计在有关的频率下可以保持最少的开关耗损,包含集电极到发射极的饱和电压Vce(on)及总开关能量ETS。
最后,总通态和开关功率损耗便可以保持在最低的水平。按照这一点,我们选用了超高速沟道igbt功率模块,例如,IRGB4062DPBF作为高侧功率器件。这类超高速构道igbt功率模块与1个超高速软恢复二极管选用协作封装,更进一步确保低开关损耗。
另外,这类igbt功率模块无需规定短路额定值,是因为当逆变器的输出发生短路时,输出电感器L1和L2会限制电流di/dt,进而给控制器足够的时间作出适度的回应。以及,与一样尺寸的非短路额定igbt功率模块对比,短路额定igbt功率模块供应更高的Vce(on)和ETS。由于有着更高的Vce(on)和ETS,短路额定igbt功率模块会产生更高的功率损耗,使功率逆变器的效率减少。
再者,超高速沟道igbt功率模块也供应方形反方向偏压工作区、最多175℃结温,还可经受4倍的额定电流。为了要展现它们的耐用性,这类功率器件也通过100%钳位电感负载测试。
与高侧不一样,通态损耗支配了低侧igbt功率模块。是因为低侧晶体管的工作频率仅有60Hz,开关耗损对这类元器件而言微乎其微。标准速度平面igbt功率模块是特别为低频率和较低通态损耗而设计。
为此,随着低侧元器件于60Hz进行开关,这类IGBT要经过使用标准速度平面IGBT来实现的最低功率耗损水准。由于这类元器件的开关损耗极少,标准速度平面IGBT的总耗散并未遭受其开关耗损所影响。
根据这类考虑,标准速度IGBTIRG4BC20SD为此变成低功率原器件的最佳选择。1个第四代IGBT与超高速软恢复反方向并接二极管协作封装,且为最低饱和电压和低工作频率(<1kHz)进行优化。在10A下的典型Vce(on)为1.4V。针对低正方向降压及反方向漏电流,跨越低侧IGBT的协作封装二极管已经优化了,以在续流和反向恢复期间把耗损降至最低。
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