三电平IGBT功率模块
电子知识
为了充分发掘系统层面的设计优势，以往主要集中在大功率应用的三电平中点钳位(NPC)拓扑电路近来也开始出现在中、小功率应用中。低电压器件改进后的频谱性能和更低的开关损耗，使得UPS系统或太阳能逆变器等需要滤波器的产品受益匪浅。迄今为止，为了实现三电平电路，只能通过采用分立式器件或至少将三个模块结合在一起。现在，采用针对较高击穿电压的芯片技术，通过将三电平桥臂集成到单独模块中，再配上驱动电路，就能够使得这种拓扑在新的应用中更具吸引力。
三电平NPC拓扑的工作原理
在三电平NPC的拓扑中，每一个桥臂由四个带反并二极管的IGBT以串联的方式连接，另外再配上两个二极管DH和DL，将它们中间节点连接到直流母线的中性点。其中所采用的所有功率半导体都具备相同的击穿电压。根据输出电压和电流的特点，一个周期的基频输出有四个不同续流工作状态。
图1. 三电平NPC中某一个桥臂的换流回路。a) 短换流回路；
b) 长换流回路
从图1a可以看出，电压和电流处于正方向，T1和DH组成了BUCK电路的工作方式，而T2则以常通的方式输出电流。而电压和电流处于负向期间，T4与DB 组成了BOOST电路的工作方式，T3以常通方式输出电流。在上述两种情况下，换流只有发生在两个器件中，我们称之为短续流。然而当输出电流为负向而电压为正向的情况下，流过T3和DB的电流必须如图1b)所示换相至D2和D1。这种换流涉及到四个器件，因此称之为长换流回路。在其它情况下，会存在另一个长换流路径。在设计三电平变换器时，如何控制好长换流回路的杂散电感和过压问题，是设计人员所要面临的又一挑战。
图2 EasyPACK 2B封装
针对三电平NPC拓扑的最新IGBT模块
虽然总共集成4个IGBT和6个二极管的IGBT模块并不适用于高功率产品，但是只要功率范围一定，并且控制管脚数允许采用标准封装，它是可以适用于中、小功率产品的。
图3 EconoPACK 4 封装
对于小功率产品而言，如图3所示的EasyPACK 2B封装具备足够的DBC面积来集成一个完整的150A三电平模块桥臂。由于可在给定的栅格内任意布臵管脚，这些管脚即可以作为功率端子也可作为控制端子，因此这个封装可提供非常理想的连接方式。这种封装可提供辅助发射极端子，可确保IGBT的高速开关。对于电源端子而言，最多可采用8个端子并联，确保获得所需的额定电流以及降低杂散电感和PCB热量。
对于中功率的产品，全新推出的EconoPACK 4封装提供了一种理想选择，它可集成三电平中所有功率器件。右边的三个功率端子用来把直流母线分开，为三电平逆变器带来极低的寄生电感，与它相对的两个功率端子并联起来作为每一个桥臂的输出端子。在模块封装的两侧是控制引脚，PCB驱动板可以通过这些端子直接连接。这种封装的三电平模块中的桥臂的最高电流高达300A。
就降低杂散电感而言，将一个三电平相桥臂的所有器件集成至一个模块，是一种很有前景的解决方案。然而，很明显仅600V 的器件耐压使它很难满足典型应用，原因在于：母线电压的均压不理想，而且600 V器件开关速度太快。
为了使设计更加容易并且确保器件在应用中具有更高的裕量，这些模块采用了增强型IGBT和二极管芯片，耐压达到650V。这些新的芯片与众所周知的600V IGBT3器件一样，具有相同
的导通特性和开关特性；而且可靠性也没有发生改变(如SOA、RBSOA、SCSOA)。这些通过最新的IGBT和二极管终端结构的开发得以实现，并确保了超薄的70?m芯片厚度不发生改变。因此，650V IGBT的集电极－发射极饱和电压VCE_SAT在25°C仍然保持在极低的1.45V水平(150°C时为1.70V)。器件的开关损耗较低，当开关频率为16kHz时，损耗仅占逆变器总损耗的三分之一。此外，该IGBT还具备非常平滑的电流拖尾特性，即使在恶劣的条件下，也不会造成电压过冲。二极管的VF-Qrr 关系也作了优化，正向压降极在25°C条件下为1.55V((150°C时为1.45V)，并保持器软关断特性。
设计三电平拓扑的IGBT驱动所面临的挑战
在中、小功率的三电平NPC拓扑应用中，为了使系统性能发挥到最佳，对IGBT的驱动提出了一些具体要求。
较高的开关频率由于开关频率范围从16kHz到30kHz，驱动器必须为每个IGBT提供一致并且较小的传输延迟时间，以便减小死区时间。由于650V器件具备快速的开关速度，因此死区时间主要取决于驱动器的传输延迟时间的变化。如果死区时间相对于开关周期过长，会导致逆变器的输出非线性，从而为控制算法带来多个更多的挑战。
拓扑电路结构尽管这些器件的耐压电压仅为600V或650V，但驱动器的隔离要求却与1200V相同。由于驱动电路数量增加一倍，因此必须采用适用于该驱动器的设计，并且要求其电源具备数量较少的组件和较小的PCB空间。驱动电路的保护特性如短路检测和欠压锁定等必须与三电平NPC拓扑匹配。首先关断一个内部的IGBT(图1中的T2、T3)，会使得母线电压完全施加到这个器件上，由于超过了器件SCSOA或RBSOA区域，将导致器件立即失效。
运用EiceDRIVER系列全新的集成IGBT驱动技术，可轻松地满足这些要求：
* 集成的微变压器技术提供基本的绝缘功能，其绝缘电压高达1420 Vpeak。
* 集成的有源米勒箝位功能可以采用单电源来实现，这种驱动器在即便在较高开关速度条件下也不会有寄生导通风险[8]。* 相对于传统采用光电耦合的驱动器技术，这种微型变压器技术，可大幅降低传输延迟的时间和相互之间的偏差。
* 集成的Vcesat保护功能也可用于外侧开关，但对于内侧的IGBT该功能需要屏蔽掉。
实验试验结果
这部分将介绍采用EasyPACK 2B 三电平模块的开关波形。在这个电路中，IGBT的IGBT栅极驱动了1ED020I12-F的驱动芯片。采用电流互感器在直流母线的正端DC+或DC-来进行测量电流。
图4. 短换流的开关波形(峰值电压为550 V，电压仍在允许范围之内。)
短换流回路图4 显示的是，在标称电流、400V直流母线电压和25°C结温条件下的短换流情况的开关波形。
图5 长换流的开关波形(峰值电压为580V。该电压仅比短换流的峰值电压高30V，仍然不超过650 V的击穿电压。)
长换流回路图5 显示了在相同条件下的长换流的开关波形首次试验结果表明，由于将一个完整的三电平桥臂集成在一个模块中，长换流几乎可实现与短换流相同的开关性能。不过，要想在更大电流条件下，获得足够的裕量，仍需要进一步降低电路的杂散电感。通过将多个电容器并联，并采用多层电路板来减小模块和电容器之间的电流回路，可有效减小寄生电感。
此外，必须要考虑的是，实际的应用中在直流母线上是不会采用电流互感器的。在这里采用电流互感器会产生15nH的杂散电感，从而导致45V的过压。
结论
通过将一个完整的三电平桥臂集成在一个模块内部，把器件耐压从600V提高到650V，然后配上较高集成度的驱动解决方案，这种三电平NPC拓扑为中、小功率逆变器如高效的UPS、PV 等需要工作在较高开关频率和配臵有滤波器的应用带来非常具有吸引力的解决方案。
More: https://www.360docs.net/doc/4f3378501.html,数码万年历More:s2csfa2 IBIS模型是一种基于V/I曲线对I/O BUFFER快速准确建模方法，是反映芯片驱动和接收电气特性一种国际标准，它提供一种标准文件格式来记录如驱动源输出阻抗、上升/下降时间及输入负载等参数，非常适合做振荡和串扰等高频效应计算与仿真。
IBIS本身只是一种文件格式，它说明在一标准IBIS文件中如何记录一个芯片驱动器和接收器不同参数，但并不说明这些被记录参数如何使用，这些参数需要由使用IBIS模型仿真工具来读取。欲使用IBIS进行实际仿真，需要先完成四件工作：获取有关芯片驱动器和接收器原始信息源；获取一种将原始数据转换为IBIS格式方法；提供用于仿真可被计算机识别布局布线信息；提供一种能够读取IBIS和布局布线格式并能够进行分析计算软件工具。
IBIS模型优点可以概括为：在I/O非线性方面能够提供准确模型，同时考虑了封装寄生参数与ESD结构；提供比结构化方法更快仿真速度；可用于系统板级或多板信号完整性分析仿真。可用IBIS模型分析信号完整性问题包括：串扰、反射、振荡、上冲、下冲、不匹配阻抗、传输线分析、拓扑结构分析。
IBIS尤其能够对高速振荡和串扰进行准确精细仿真，它可用于检测最坏情况上升时间条件下信号行为及一些用物理测试无法解决情况；模型可以免费从半导体厂商处获取，用户无需对模型付额外开销；兼容工业界广泛仿真平台。
IBIS模型核由一个包含电流、电压和时序方面信息列表组成。IBIS模型仿真速度比SPICE快很多，而精度只是稍有下降。非会聚是SPICE模型和仿真器一个问题，而在IBIS仿真中消除了这个问题。实际上，所有EDA供应商现在都支持IBIS模型，并且它们都很简便易用。大多数器件IBIS模型均可从互联网上免费获得。可以在同一个板上仿真几个不同厂商推出器件。
IBIS模型是一种基于V/I曲线对I/O BUFFER快速准确建模方法，是反映芯片驱动和接收电气特性一种国际标准，它提供一种标准文件格式来记录如驱动源输出阻抗、上升/下降时间及输入负载等参数，非常适合做振荡和串扰等高频效应计算与仿真。
IBIS本身只是一种文件格式，它说明在一标准IBIS文件中如何记录一个芯片驱动器和接收器不同参数，但并不说明这些被记录参数如何使用，这些参数需要由使用IBIS模型仿真工具来读取。欲使用IBIS进行实际仿真，需要先完成四件工作：获取有关芯片驱动器和接收器原始信息源；获取一种将原始数据转换为IBIS格式方法；提供用于仿真可被计算机识别布局布线信息；提供一种能够读取IBIS和布局布线格式并能够进行分析计算软件工具。
IBIS模型优点可以概括为：在I/O非线性方面能够提供准确模型，同时考虑了封装寄生参数与ESD结构；提供比结构化方法更快仿真速度；可用于系统板级或多板信号完整性分析仿真。可用IBIS模型分析信号完整性问题包括：串扰、反射、振
荡、上冲、下冲、不匹配阻抗、传输线分析、拓扑结构分析。IBIS尤其能够对高速振荡和串扰进行准确精细仿真，它可用于检测最坏情况上升时间条件下信号行为及一些用物理测试无法解决情况；模型可以免费从半导体厂商处获取，用户无需对模型付额外开销；兼容工业界广泛仿真平台。
IBIS模型核由一个包含电流、电压和时序方面信息列表组成。IBIS模型仿真速度比SPICE快很多，而精度只是稍有下降。非会聚是SPICE模型和仿真器一个问题，而在IBIS仿真中消除了这个问题。实际上，所有EDA供应商现在都支持IBIS模型，并且它们都很简便易用。大多数器件IBIS模型均可从互联网上免费获得。可以在同一个板上仿真几个不同厂商推出器件。
IBIS模型是一种基于V/I曲线对I/O BUFFER快速准确建模方法，是反映芯片驱动和接收电气特性一种国际标准，它提供一种标准文件格式来记录如驱动源输出阻抗、上升/下降时间及输入负载等参数，非常适合做振荡和串扰等高频效应计算与仿真。
IBIS本身只是一种文件格式，它说明在一标准IBIS文件中如何记录一个芯片驱动器和接收器不同参数，但并不说明这些被记录参数如何使用，这些参数需要由使用IBIS模型仿真工具来读取。欲使用IBIS进行实际仿真，需要先完成四件工作：获取有关芯片驱动器和接收器原始信息源；获取一种将原始数据转换为IBIS格式方法；提供用于仿真可被计算机识别布局布线信息；提供一种能够读取IBIS和布局布线格式并能够进行分析计算软件工具。
IBIS模型优点可以概括为：在I/O非线性方面能够提供准确模型，同时考虑了封装寄生参数与ESD结构；提供比结构化方法更快仿真速度；可用于系统板级或多板信号完整性分析仿
真。可用IBIS模型分析信号完整性问题包括：串扰、反射、振荡、上冲、下冲、不匹配阻抗、传输线分析、拓扑结构分析。IBIS尤其能够对高速振荡和串扰进行准确精细仿真，它可用于检测最坏情况上升时间条件下信号行为及一些用物理测试无法解决情况；模型可以免费从半导体厂商处获取，用户无需对模型付额外开销；兼容工业界广泛仿真平台。
IBIS模型核由一个包含电流、电压和时序方面信息列表组成。IBIS模型仿真速度比SPICE快很多，而精度只是稍有下降。非会聚是SPICE模型和仿真器一个问题，而在IBIS仿真中消除了这个问题。实际上，所有EDA供应商现在都支持IBIS模型，并且它们都很简便易用。大多数器件IBIS模型均可从互联网上免费获得。可以在同一个板上仿真几个不同厂商推出器件。
IBIS模型是一种基于V/I曲线对I/O BUFFER快速准确建模方法，是反映芯片驱动和接收电气特性一种国际标准，它提供一种标准文件格式来记录如驱动源输出阻抗、上升/下降时间及输入负载等参数，非常适合做振荡和串扰等高频效应计算与仿真。
IBIS本身只是一种文件格式，它说明在一标准IBIS文件中如何记录一个芯片驱动器和接收器不同参数，但并不说明这些被记录参数如何使用，这些参数需要由使用IBIS模型仿真工具来读取。欲使用IBIS进行实际仿真，需要先完成四件工作：获取有关芯片驱动器和接收器原始信息源；获取一种将原始数据转换为IBIS格式方法；提供用于仿真可被计算机识别布局布线信息；提供一种能够读取IBIS和布局布线格式并能够进行分析计算软件工具。
IBIS模型优点可以概括为：在I/O非线性方面能够提供准确模型，同时考虑了封装寄生参数与ESD结构；提供比结构化
方法更快仿真速度；可用于系统板级或多板信号完整性分析仿真。可用IBIS模型分析信号完整性问题包括：串扰、反射、振荡、上冲、下冲、不匹配阻抗、传输线分析、拓扑结构分析。IBIS尤其能够对高速振荡和串扰进行准确精细仿真，它可用于检测最坏情况上升时间条件下信号行为及一些用物理测试无法解决情况；模型可以免费从半导体厂商处获取，用户无需对模型付额外开销；兼容工业界广泛仿真平台。
IBIS模型核由一个包含电流、电压和时序方面信息列表组成。IBIS模型仿真速度比SPICE快很多，而精度只是稍有下降。非会聚是SPICE模型和仿真器一个问题，而在IBIS仿真中消除了这个问题。实际上，所有EDA供应商现在都支持IBIS模型，并且它们都很简便易用。大多数器件IBIS模型均可从互联网上免费获得。可以在同一个板上仿真几个不同厂商推出器件。
IBIS模型是一种基于V/I曲线对I/O BUFFER快速准确建模方法，是反映芯片驱动和接收电气特性一种国际标准，它提供一种标准文件格式来记录如驱动源输出阻抗、上升/下降时间及输入负载等参数，非常适合做振荡和串扰等高频效应计算与仿真。
IBIS本身只是一种文件格式，它说明在一标准IBIS文件中如何记录一个芯片驱动器和接收器不同参数，但并不说明这些被记录参数如何使用，这些参数需要由使用IBIS模型仿真工具来读取。欲使用IBIS进行实际仿真，需要先完成四件工作：获取有关芯片驱动器和接收器原始信息源；获取一种将原始数据转换为IBIS格式方法；提供用于仿真可被计算机识别布局布线信息；提供一种能够读取IBIS和布局布线格式并能够进行分析计算软件工具。
IBIS模型优点可以概括为：在I/O非线性方面能够提供准
确模型，同时考虑了封装寄生参数与ESD结构；提供比结构化方法更快仿真速度；可用于系统板级或多板信号完整性分析仿真。可用IBIS模型分析信号完整性问题包括：串扰、反射、振荡、上冲、下冲、不匹配阻抗、传输线分析、拓扑结构分析。IBIS尤其能够对高速振荡和串扰进行准确精细仿真，它可用于检测最坏情况上升时间条件下信号行为及一些用物理测试无法解决情况；模型可以免费从半导体厂商处获取，用户无需对模型付额外开销；兼容工业界广泛仿真平台。
IBIS模型核由一个包含电流、电压和时序方面信息列表组成。IBIS模型仿真速度比SPICE快很多，而精度只是稍有下降。非会聚是SPICE模型和仿真器一个问题，而在IBIS仿真中消除了这个问题。实际上，所有EDA供应商现在都支持IBIS模型，并且它们都很简便易用。大多数器件IBIS模型均可从互联网上免费获得。可以在同一个板上仿真几个不同厂商推出器件。
IBIS模型是一种基于V/I曲线对I/O BUFFER快速准确建模方法，是反映芯片驱动和接收电气特性一种国际标准，它提供一种标准文件格式来记录如驱动源输出阻抗、上升/下降时间及输入负载等参数，非常适合做振荡和串扰等高频效应计算与仿真。
IBIS本身只是一种文件格式，它说明在一标准IBIS文件中如何记录一个芯片驱动器和接收器不同参数，但并不说明这些被记录参数如何使用，这些参数需要由使用IBIS模型仿真工具来读取。欲使用IBIS进行实际仿真，需要先完成四件工作：获取有关芯片驱动器和接收器原始信息源；获取一种将原始数据转换为IBIS格式方法；提供用于仿真可被计算机识别布局布线信息；提供一种能够读取IBIS和布局布线格式并能够进行分析计算软件工具。
IBIS模型优点可以概括为：在I/O非线性方面能够提供准确模型，同时考虑了封装寄生参数与ESD结构；提供比结构化方法更快仿真速度；可用于系统板级或多板信号完整性分析仿真。可用IBIS模型分析信号完整性问题包括：串扰、反射、振荡、上冲、下冲、不匹配阻抗、传输线分析、拓扑结构分析。IBIS尤其能够对高速振荡和串扰进行准确精细仿真，它可用于检测最坏情况上升时间条件下信号行为及一些用物理测试无法解决情况；模型可以免费从半导体厂商处获取，用户无需对模型付额外开销；兼容工业界广泛仿真平台。
IBIS模型核由一个包含电流、电压和时序方面信息列表组成。IBIS模型仿真速度比SPICE快很多，而精度只是稍有下降。非会聚是SPICE模型和仿真器一个问题，而在IBIS仿真中消除了这个问题。实际上，所有EDA供应商现在都支持IBIS模型，并且它们都很简便易用。大多数器件IBIS模型均可从互联网上免费获得。可以在同一个板上仿真几个不同厂商推出器件。
IBIS模型是一种基于V/I曲线对I/O BUFFER快速准确建模方法，是反映芯片驱动和接收电气特性一种国际标准，它提供一种标准文件格式来记录如驱动源输出阻抗、上升/下降时间及输入负载等参数，非常适合做振荡和串扰等高频效应计算与仿真。
IBIS本身只是一种文件格式，它说明在一标准IBIS文件中如何记录一个芯片驱动器和接收器不同参数，但并不说明这些被记录参数如何使用，这些参数需要由使用IBIS模型仿真工具来读取。欲使用IBIS进行实际仿真，需要先完成四件工作：获取有关芯片驱动器和接收器原始信息源；获取一种将原始数据转换为IBIS格式方法；提供用于仿真可被计算机识别布局布线信息；提供一种能够读取IBIS和布局布线格式并能够进行分析
计算软件工具。
IBIS模型优点可以概括为：在I/O非线性方面能够提供准确模型，同时考虑了封装寄生参数与ESD结构；提供比结构化方法更快仿真速度；可用于系统板级或多板信号完整性分析仿真。可用IBIS模型分析信号完整性问题包括：串扰、反射、振荡、上冲、下冲、不匹配阻抗、传输线分析、拓扑结构分析。IBIS尤其能够对高速振荡和串扰进行准确精细仿真，它可用于检测最坏情况上升时间条件下信号行为及一些用物理测试无法解决情况；模型可以免费从半导体厂商处获取，用户无需对模型付额外开销；兼容工业界广泛仿真平台。
IBIS模型核由一个包含电流、电压和时序方面信息列表组成。IBIS模型仿真速度比SPICE快很多，而精度只是稍有下降。非会聚是SPICE模型和仿真器一个问题，而在IBIS仿真中消除了这个问题。实际上，所有EDA供应商现在都支持IBIS模型，并且它们都很简便易用。大多数器件IBIS模型均可从互联网上免费获得。可以在同一个板上仿真几个不同厂商推出器件。
IBIS模型是一种基于V/I曲线对I/O BUFFER快速准确建模方法，是反映芯片驱动和接收电气特性一种国际标准，它提供一种标准文件格式来记录如驱动源输出阻抗、上升/下降时间及输入负载等参数，非常适合做振荡和串扰等高频效应计算与仿真。
IBIS本身只是一种文件格式，它说明在一标准IBIS文件中如何记录一个芯片驱动器和接收器不同参数，但并不说明这些被记录参数如何使用，这些参数需要由使用IBIS模型仿真工具来读取。欲使用IBIS进行实际仿真，需要先完成四件工作：获取有关芯片驱动器和接收器原始信息源；获取一种将原始数据转换为IBIS格式方法；提供用于仿真可被计算机识别布局布线
信息；提供一种能够读取IBIS和布局布线格式并能够进行分析计算软件工具。
IBIS模型优点可以概括为：在I/O非线性方面能够提供准确模型，同时考虑了封装寄生参数与ESD结构；提供比结构化方法更快仿真速度；可用于系统板级或多板信号完整性分析仿真。可用IBIS模型分析信号完整性问题包括：串扰、反射、振荡、上冲、下冲、不匹配阻抗、传输线分析、拓扑结构分析。IBIS尤其能够对高速振荡和串扰进行准确精细仿真，它可用于检测最坏情况上升时间条件下信号行为及一些用物理测试无法解决情况；模型可以免费从半导体厂商处获取，用户无需对模型付额外开销；兼容工业界广泛仿真平台。
IBIS模型核由一个包含电流、电压和时序方面信息列表组成。IBIS模型仿真速度比SPICE快很多，而精度只是稍有下降。非会聚是SPICE模型和仿真器一个问题，而在IBIS仿真中消除了这个问题。实际上，所有EDA供应商现在都支持IBIS模型，并且它们都很简便易用。大多数器件IBIS模型均可从互联网上免费获得。可以在同一个板上仿真几个不同厂商推出器件。
IBIS模型是一种基于V/I曲线对I/O BUFFER快速准确建模方法，是反映芯片驱动和接收电气特性一种国际标准，它提供一种标准文件格式来记录如驱动源输出阻抗、上升/下降时间及输入负载等参数，非常适合做振荡和串扰等高频效应计算与仿真。
IBIS本身只是一种文件格式，它说明在一标准IBIS文件中如何记录一个芯片驱动器和接收器不同参数，但并不说明这些被记录参数如何使用，这些参数需要由使用IBIS模型仿真工具来读取。欲使用IBIS进行实际仿真，需要先完成四件工作：获取有关芯片驱动器和接收器原始信息源；获取一种将原始数据
转换为IBIS格式方法；提供用于仿真可被计算机识别布局布线信息；提供一种能够读取IBIS和布局布线格式并能够进行分析计算软件工具。
IBIS模型优点可以概括为：在I/O非线性方面能够提供准确模型，同时考虑了封装寄生参数与ESD结构；提供比结构化方法更快仿真速度；可用于系统板级或多板信号完整性分析仿真。可用IBIS模型分析信号完整性问题包括：串扰、反射、振荡、上冲、下冲、不匹配阻抗、传输线分析、拓扑结构分析。IBIS尤其能够对高速振荡和串扰进行准确精细仿真，它可用于检测最坏情况上升时间条件下信号行为及一些用物理测试无法解决情况；模型可以免费从半导体厂商处获取，用户无需对模型付额外开销；兼容工业界广泛仿真平台。
IBIS模型核由一个包含电流、电压和时序方面信息列表组成。IBIS模型仿真速度比SPICE快很多，而精度只是稍有下降。非会聚是SPICE模型和仿真器一个问题，而在IBIS仿真中消除了这个问题。实际上，所有EDA供应商现在都支持IBIS模型，并且它们都很简便易用。大多数器件IBIS模型均可从互联网上免费获得。可以在同一个板上仿真几个不同厂商推出器件。
IBIS模型是一种基于V/I曲线对I/O BUFFER快速准确建模方法，是反映芯片驱动和接收电气特性一种国际标准，它提供一种标准文件格式来记录如驱动源输出阻抗、上升/下降时间及输入负载等参数，非常适合做振荡和串扰等高频效应计算与仿真。
IBIS本身只是一种文件格式，它说明在一标准IBIS文件中如何记录一个芯片驱动器和接收器不同参数，但并不说明这些被记录参数如何使用，这些参数需要由使用IBIS模型仿真工具来读取。欲使用IBIS进行实际仿真，需要先完成四件工作：获
取有关芯片驱动器和接收器原始信息源；获取一种将原始数据转换为IBIS格式方法；提供用于仿真可被计算机识别布局布线信息；提供一种能够读取IBIS和布局布线格式并能够进行分析计算软件工具。
IBIS模型优点可以概括为：在I/O非线性方面能够提供准确模型，同时考虑了封装寄生参数与ESD结构；提供比结构化方法更快仿真速度；可用于系统板级或多板信号完整性分析仿真。可用IBIS模型分析信号完整性问题包括：串扰、反射、振荡、上冲、下冲、不匹配阻抗、传输线分析、拓扑结构分析。IBIS尤其能够对高速振荡和串扰进行准确精细仿真，它可用于检测最坏情况上升时间条件下信号行为及一些用物理测试无法解决情况；模型可以免费从半导体厂商处获取，用户无需对模型付额外开销；兼容工业界广泛仿真平台。
IBIS模型核由一个包含电流、电压和时序方面信息列表组成。IBIS模型仿真速度比SPICE快很多，而精度只是稍有下降。非会聚是SPICE模型和仿真器一个问题，而在IBIS仿真中消除了这个问题。实际上，所有EDA供应商现在都支持IBIS模型，并且它们都很简便易用。大多数器件IBIS模型均可从互联网上免费获得。可以在同一个板上仿真几个不同厂商推出器件。
IBIS模型是一种基于V/I曲线对I/O BUFFER快速准确建模方法，是反映芯片驱动和接收电气特性一种国际标准，它提供一种标准文件格式来记录如驱动源输出阻抗、上升/下降时间及输入负载等参数，非常适合做振荡和串扰等高频效应计算与仿真。
IBIS本身只是一种文件格式，它说明在一标准IBIS文件中如何记录一个芯片驱动器和接收器不同参数，但并不说明这些被记录参数如何使用，这些参数需要由使用IBIS模型仿真工具
来读取。欲使用IBIS进行实际仿真，需要先完成四件工作：获取有关芯片驱动器和接收器原始信息源；获取一种将原始数据转换为IBIS格式方法；提供用于仿真可被计算机识别布局布线信息；提供一种能够读取IBIS和布局布线格式并能够进行分析计算软件工具。
IBIS模型优点可以概括为：在I/O非线性方面能够提供准确模型，同时考虑了封装寄生参数与ESD结构；提供比结构化方法更快仿真速度；可用于系统板级或多板信号完整性分析仿真。可用IBIS模型分析信号完整性问题包括：串扰、反射、振荡、上冲、下冲、不匹配阻抗、传输线分析、拓扑结构分析。IBIS尤其能够对高速振荡和串扰进行准确精细仿真，它可用于检测最坏情况上升时间条件下信号行为及一些用物理测试无法解决情况；模型可以免费从半导体厂商处获取，用户无需对模型付额外开销；兼容工业界广泛仿真平台。
IBIS模型核由一个包含电流、电压和时序方面信息列表组成。IBIS模型仿真速度比SPICE快很多，而精度只是稍有下降。非会聚是SPICE模型和仿真器一个问题，而在IBIS仿真中消除了这个问题。实际上，所有EDA供应商现在都支持IBIS模型，并且它们都很简便易用。大多数器件IBIS模型均可从互联网上免费获得。可以在同一个板上仿真几个不同厂商推出器件。
IGBT模块使用温度范围
IGBT模块使用温度范围 1. 温度范围 IGBT模块的运行温度范围是非常重要的参数。一些设备要求工作在室温下，而另一些设备要求工作在很宽的温度范围内（如-40℃~+65℃）。温度和散热对于系统的可靠和有效运行非常重要。如果实际要求IGBT模块工作的电源系统工作在宽温度范围内，也要保证电源系统中的所有功率器件在宽温度范围内可靠地工作。为达到这一目的和最大限度地减少成本，应仔细估算在两个极端温度点处是否需要达到完全的性能指标。实际上，在极端温度点处对IGBT模块的要求越低，构成系统就可以越经济。 一些设备要求在很低温度下运行时性能不能打一点折扣，这时系统应能满足所有参数要求。如果有些特性可以降低要求，构成系统的成本将显著降低。降低系统在低温时对非关键参数的要求对降低模块成本有益。在实际应用中，如果规定模块可以在最低温度下启动和在较高一些温度下完全达到性能指标是根有必要的。 如果要求在高温环境下工作，一般IGBT模块在高于一定温度值时其功率额定值会降低，即在温升20℃时输出功率减少30%。在实际应用中，通常的工作环境温度会因气候的变化和系统运行条件的变化而变化。模块一般不会在其指定的最高环境温度条件下持续运行相当长时间。如果模块限制的温度控制适当，就能在大多数运行情况下，只对模块在最高环境温度下的容量作限制，使模块的功率最大化（特别是当模块的输入电压偏向下限时）。如果要限制模块的输出容量以满足在最高环境温度下能在正常的功率范围内安全运行，则可在模块内安装适合的温度监控系统，在较低温的条件下可自动提供更大的功率。 如果模块的温度与限流性能相关联，那会带来非常显著的益处。这一特征也可和部分恒功率特性组合起来，这样就可以尽可能地发挥它的优势。同时要注意的是，在高温时带温度限流的模块由于输入电压使得功率损耗变化，系统在标称电压左右工作时比在最小输入电压
IGBT模块驱动电路
IGBT模块的使用和安装 1.简介 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，绝缘栅双极型晶体管，是由BJT（双极型三极管）和MOS（绝缘栅型场效应管）组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。GTR饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大；MOSFET驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。IGBT 综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。 GBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，绝缘栅双极型晶体管，是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件, 兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。GTR饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大;MOSFET驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。IGBT 综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。 IGBT非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。图1所示为一个N 沟道增强型绝缘栅双极晶体管结构， N+ 区称为源区，附于其上的电极称为源极。N+ 区称为漏区。器件的控制区为栅区，附于其上的电极称为栅极。沟道在紧靠栅区边界形成。在漏、源之间的P 型区(包括P+ 和P 一区)(沟道在该区域形成)，称为亚沟道区( Subchannel region )。而在漏区另一侧的P+ 区称为漏注入区( Drain injector )，它是IGBT 特有的功能区，与漏区和亚沟道区一起形成PNP 双极晶体管，起发射极的作用，向漏极注入空穴，进行导电调制，以降低器件的通态电压。附于漏注入区上的电极称为漏极。IGBT 的开关作用是通过加正向栅极电压形成沟道，给PNP 晶体管提供基极电流，使IGBT 导通。反之，加反向门极电压消除沟道，切断基极电流，使IGBT 关断。IGBT 的驱动方法和MOSFET 基本相同，只需控制输入极N一沟道MOSFET ，所以具有高输入阻抗特性。当MOSFET 的沟道形成后，从P+ 基极注入到N 一层的空穴(少子)，对N 一层进行电导调制，减小N 一层的电阻，使IGBT 在高电压时，也具有低的通态电压。[2] 2.发展历史 1979年，MOS栅功率开关器件作为IGBT概念的先驱即已被介绍到世间。这种器件表现为一个类晶闸管的结构(P-N-P-N四层组成)，其特点是通过强碱湿法刻蚀工艺形成了V形槽栅。 80年代初期，用于功率MOSFET制造技术的DMOS(双扩散形成的金属-氧化物-半导体)工艺被采用到IGBT中来。[2]在那个时候，硅芯片的结构是一种较厚的NPT(非穿通)型设计。后来，通过采用PT(穿通)型结构的方法得到了在参数折衷方面的一个显著改进，这是随着硅片上外延的技术进步，以及采用对应给定阻断电压所设计的n+缓冲层而进展的[3]。几年当中，这种在采用PT设计的外延片上制备的DMOS平面栅结构，其设计规则从5微米先进到3微米。 90年代中期，沟槽栅结构又返回到一种新概念的IGBT，它是采用从大规模集成(LSI)工艺借鉴来的硅干法刻蚀技术实现的新刻蚀工艺，但仍然是穿通(PT)型芯片结构。[4]在这种沟槽结构中，实现了在通态电压和关断时间之间折衷的更重要的改进。硅芯片的重直结
三电平IGBT功率模块
电子知识 为了充分发掘系统层面的设计优势，以往主要集中在大功率应用的三电平中点钳位(NPC)拓扑电路近来也开始出现在中、小功率应用中。低电压器件改进后的频谱性能和更低的开关损耗，使得UPS系统或太阳能逆变器等需要滤波器的产品受益匪浅。迄今为止，为了实现三电平电路，只能通过采用分立式器件或至少将三个模块结合在一起。现在，采用针对较高击穿电压的芯片技术，通过将三电平桥臂集成到单独模块中，再配上驱动电路，就能够使得这种拓扑在新的应用中更具吸引力。 三电平NPC拓扑的工作原理 在三电平NPC的拓扑中，每一个桥臂由四个带反并二极管的IGBT以串联的方式连接，另外再配上两个二极管DH和DL，将它们中间节点连接到直流母线的中性点。其中所采用的所有功率半导体都具备相同的击穿电压。根据输出电压和电流的特点，一个周期的基频输出有四个不同续流工作状态。 图1. 三电平NPC中某一个桥臂的换流回路。a) 短换流回路； b) 长换流回路 从图1a可以看出，电压和电流处于正方向，T1和DH组成了BUCK电路的工作方式，而T2则以常通的方式输出电流。而电压和电流处于负向期间，T4与DB 组成了BOOST电路的工作方式，T3以常通方式输出电流。在上述两种情况下，换流只有发生在两个器件中，我们称之为短续流。然而当输出电流为负向而电压为正向的情况下，流过T3和DB的电流必须如图1b)所示换相至D2和D1。这种换流涉及到四个器件，因此称之为长换流回路。在其它情况下，会存在另一个长换流路径。在设计三电平变换器时，如何控制好长换流回路的杂散电感和过压问题，是设计人员所要面临的又一挑战。
图2 EasyPACK 2B封装 针对三电平NPC拓扑的最新IGBT模块 虽然总共集成4个IGBT和6个二极管的IGBT模块并不适用于高功率产品，但是只要功率范围一定，并且控制管脚数允许采用标准封装，它是可以适用于中、小功率产品的。 图3 EconoPACK 4 封装 对于小功率产品而言，如图3所示的EasyPACK 2B封装具备足够的DBC面积来集成一个完整的150A三电平模块桥臂。由于可在给定的栅格内任意布臵管脚，这些管脚即可以作为功率端子也可作为控制端子，因此这个封装可提供非常理想的连接方式。这种封装可提供辅助发射极端子，可确保IGBT的高速开关。对于电源端子而言，最多可采用8个端子并联，确保获得所需的额定电流以及降低杂散电感和PCB热量。 对于中功率的产品，全新推出的EconoPACK 4封装提供了一种理想选择，它可集成三电平中所有功率器件。右边的三个功率端子用来把直流母线分开，为三电平逆变器带来极低的寄生电感，与它相对的两个功率端子并联起来作为每一个桥臂的输出端子。在模块封装的两侧是控制引脚，PCB驱动板可以通过这些端子直接连接。这种封装的三电平模块中的桥臂的最高电流高达300A。 就降低杂散电感而言，将一个三电平相桥臂的所有器件集成至一个模块，是一种很有前景的解决方案。然而，很明显仅600V 的器件耐压使它很难满足典型应用，原因在于：母线电压的均压不理想，而且600 V器件开关速度太快。 为了使设计更加容易并且确保器件在应用中具有更高的裕量，这些模块采用了增强型IGBT和二极管芯片，耐压达到650V。这些新的芯片与众所周知的600V IGBT3器件一样，具有相同
万用表检测IGBT功率模块
万用表检测IGBT功率模块 IGBT 管的好坏可用指针万用表的Rxlk 挡来检测，或用数字万用表的“二极管”挡来测量PN 结正向压降进行判断。检测前先将IGBT 管三只引脚短路放电，避免影响检测的准确度；然后用指针万用表的两枝表笔正反测G 、e 两极及G 、c 两极的电阻，对于正常的IGBT 管（正常G 、C 两极与G 、c 两极间的正反向电阻均为无穷大；内含阻尼二极管的IGBT 管正常时，e 、C 极间均有4k Ω正向电阻），上述所测值均为无穷大；最后用指针万用表的红笔接 c 极，黑笔接e 极，若所测值在3 ．5k Ω l 左右，则所测管为含阻尼二极管的IGBT 管，若所测值在50k Ω左右，则所测IGBT 管内不含阻尼二极管。对于数字万用表，正常情况下，IGBT 管的C 、C 极间正向压降约为0 ．5V 。 综上所述，内含阻尼二极管的IGBT 管检测示意图如图所示，表笔连接除图中所示外，其他连接检测的读数均为无穷大。 如果测得IGBT 管三个引脚间电阻均很小，则说明该管已击穿损坏；若测得IGBT 管三个引脚间电阻均为无穷大，说明该管已开路损坏。实际维修中IGBT 管多为击穿损坏。 如果觉得以上方法不够形象，可以用指针万用表的10K电阻档，黑笔接模块C1，红笔接E1，一只手的大拇指摸到C1,另随便一手指摸G1，此时万用表显示模块导通；用手指将G1对E1短接，模块关
断。同理，再测C2和E2。若按以上方法万用表显示模块有一组或者两组不能正常导通和关断说明模块已坏。 检测绝缘栅极双极型晶体管（IGBT）好坏的简易方法 1、判断极性 首先将万用表拨在R×1KΩ挡，用万用表测量时，若某一极与其它两极阻值为 无穷大，调换表笔后该极与其它两极的阻值仍为无穷大，则判断此极为栅极（G ）。 其余两极再用万用表测量，若测得阻值为无穷大，调换表笔后测量阻值较小。 在测量阻值较小的一次中，则判断红表笔接的为集电极（C）；黑表笔接的为发 射极（E）。 2、判断好坏 将万用表拨在R×10KΩ挡，用黑表笔接IGBT 的集电极（C），红表笔接IGBT 的 发射极（E），此时万用表的指针在零位。用手指同时触及一下栅极（G）和集电 极（C），这时IGBT 被触发导通，万用表的指针摆向阻值较小的方向，并能站住 指示在某一位置。然后再用手指同时触及一下栅极（G）和发射极（E），这时
IGBT模块的选择
IGBT模块的选择 1．IGBT模块的功率损耗 IGBT关断截止时，I(t)≈o，损耗的功率可忽略。为了便于分析，将损耗分为导通损耗和开关损耗。另外，开关损耗也可分为两类：具有理想二极管时IGBT的开关损耗和考虑二极管反向恢复时间时IGBT的开关损耗。文章来源：https://www.360docs.net/doc/4f3378501.html,/jc/246.html IGBT导通时，如果电流为方波脉冲，那么导通能量就等于电流、电压降和导通时间三者之积。IGBT在任意电流和温度时的最高电压降，根据数据表提供的数据，可按以下两步得到： 首先，从IGBT集电极发射极饱和电压与壳温的关系曲线上找出能满足所需电流的集电极发射极饱和电压。然后，为了得到最大压降，在给定结温下从该曲线上得出的电压降必须乘以电气特性表中给出的最大值与典型值之比。 如果栅极驱动电压不是15V，最大压降值还需要些修正，修正系数可参考器件公司的IGBT设计手册。如果电流不是方波脉冲，导通损耗只能用积分计算。这样必须建立电流波形和电压降的数学表达式，这些函数关系可参考器件公司的IGBT设计手册。 在负载为电感的电路中，开关导通引起续流二极管反向恢复，同时开关器件中产生很大的电流尖峰，从而使IGBT和续流二极管的开关损耗增加。考虑到二极管反向恢复引起的开关损耗，IGBT总的开关损耗可由下式给出：
Po = Pss + Psw 式中：Esw(on)为每一个脉冲对应的IGBT开通能量（在tj= 125℃、峰值电流Icp条件下）；Esw(off)为每个脉冲对应的IGBT关断能量（在tj=125℃、峰值电流Icp条件下）；Psw为变频电源每臂的PWM开关功率；Icp为正弦输出电流的峰值；Uce(sat)为IGBT的饱和电压降(在Tj= 125℃、峰值电流Icp条件下)；Fsw为开关频率；D为PWM信号占空比；θ为输出 电压与电流之间的相位角（功率因数为cosθ）。 2．IGBT模块参数的选择 IGBT已广泛应用于20KHz的硬开关变换器及频率更高的软开关变换器中。通常情况下，选择IGBT模块的参数时应考虑以下几个方面的因素。 (1)功率开关器件额定值（额定电压和额定电流） 根据功率开关器件生产厂家提供的资料（比如日本三菱公司的应用手册），正确选用IGBT 有两个关键的因素：一是功率开关器件关断时，在任何被要求的过载条件下，集电极峰值电流必须处于开关安全工作区的规定之内（即小于两倍的额定电流）；二是IGBT工作时的内部结点温度必须始终保持在150℃以下，在任何情况下，包括负载过载时，都必须如此。在使用IGBT模块的场合，选择何种电压、电流规格的IGBT模块，需要依据变换器的电路拓扑和负载特性等参数。 1）电压规格。IGBT模块的电压规格与所用于电路的输入电源电压紧密相关，其相互关系见表6-1。
汽车应用中的IGBT功率模块
汽车应用中的IGBT功率模块 诸如高环境温度、暴露于机械冲击以及特定的驱动循环等环境条件，要求对IGBTIGBT 功率模块功率模块的机械和电气特性给予特别的关注，以便在整个使用寿命期间能确保其性能得到充分发挥，并保持很高的可靠性。本文对IGBT的功率和热循环、材料选型以及电气特性等问题和故障模式进行了探讨。 各种工业应用中通常会使用多达十几种的绝缘栅双极晶体管（IGBT），设计IGBT模块的目的就是为了向某种专门的应用提供最优的性价比和适当的可靠性。图1为现有的IGBT功率模块的主要组成部分。 商用电动车（EV）和混合动力电动车（HEVHEV）的出现为IGBT模块创造了一个新的市场。EV和HEV中对IGBT功率模块的可靠性要求最高的部分是传动系传动系，IGBT位于逆变器中，为混合系统的电机提供能量。根据传动系的概念，逆变器可以放置在汽车尾箱、变速箱内或引擎盖下靠近内燃机的位置，因此IGBT模块要经受严峻的热和机械条件（振动和冲击）的考验。 为向汽车设计人员提供高可靠性的标准工业IGBT模块，IGBT设计人员必须特别小心地选择材料和设计电气特性，以得到相似甚至更好的结果。 热循环和热冲击试验 在热循环（TC）期间，待测器件（DUT）交替地暴露于被精确设定的最低和最高温度下，使其管壳的温差（ΔTC）达到80K到100K。DUT处于最低和最高温度的存储时间必须足以使其达到热平衡（即2到6分钟）。此项试验的重点是检测焊接处的疲劳特性。 通过更严格的试验，还可以研究其它部分（如模块的框架）所存在的弱点。热冲击试验（TST），也被称作二箱试验，是在经过扩展的ΔTC的条件下进行的，例如从-40-C到+150+C，其典型的存储时间为1小时。 图1：包括基板在内的IGBT模块构架示意图。 功率循环 在热循环/热冲击试验过程中，从外部加热DUT，而在功率循环（PC）期间，DUT被流经模块内部的负载电流主动地加热。因此，模块内部的温度梯度和不同材料层的温度都比热循环过程中高得多。 模块的冷却是通过主动关断负载电流以及使用外部散热措施来实现的。最典型的是使用水冷散热器，但空气冷却系统也较常用。试验装置能在加热阶段停止水流，待进入冷却阶段后再重新打开水流。通过功率循环，能对绑定线的连接以及焊接处的疲劳特性进行研究。 诸如高环境温度、暴露于机械冲击以及特定的驱动循环等环境条件，要求对IGBT功率模块的机械和电气特性给予特别的关注，以便在整个使用寿命期间能确保其性能得到充分发挥，并保持很高的可靠性。本文对IGBT的功率和热循环、材料选型以及电气特性等问题和故障模式进行了探讨。 各种工业应用中通常会使用多达十几种的绝缘栅双极晶体管（IGBT），设计IGBT模块的目的就是为了向某种专门的应用提供最优的性价比和适当的可靠性。图1为现有的IGBT功率模块的主要组成部分。 商用电动车（EV）和混合动力电动车（HEV）的出现为IGBT模块创造了一个新的市场。EV和HEV中对IGBT功率模块的可靠性要求最高的部分是传动系，IGBT位于逆变器中，为混合系统的电机提供能量。根据传动系的概念，逆变器可以放置在汽车尾箱、变速箱内或引擎盖下靠近内燃机的位置，因此IGBT模块要经受严峻的热和机械条件（振动和冲击）的考验。 为向汽车设计人员提供高可靠性的标准工业IGBT模块，IGBT设计人员必须特别小心地
关于英飞凌IGBT模块的选型
关于英飞凌IGBT模块的选型 英飞凌IGBT模块的型号： 电压规格： 直流母线/电网电压 IGBT电压规格 300V DC (max. appr. 450V DC) 600 V 600V DC (max. appr. 900V DC) 1200 V 750V DC (max. appr. 1100V DC) 1700 V upt to 1300V DC controlled 2500 V 1500V DC (max. appr. 2100V DC) 3.3 kV (or2x 1700 V in series/3-level) up to 2500V DC controlled 4.5 kV 3000V DC (max. ca. 4500V DC) 6.5 kV (or2 x 3.3 kV in series/3-level) 2.3kV AC (≈3.3kV DC) 同上 4.16kV AC (≈ 5.9kV DC) 6.5 kV in series/3-level 6.6kV AC (≈9.4kV DC) multi-level
Datasheet RBSOA： 宇宙射线会导致IGBT/FWD的失效，失效率（FIT）和直流母线电压有关、海拔高度、结温有关。
Example: 1700V IGBT Module FIT vsDC-link Voltage 宇宙射线，FIT随海拔高度而倍增。 电流规格：
电路形式： 形式越完整，性价比越高，功率密度也越高； 并联的优点：功率密度低，基板温度（壳温）波动小模块封装： Thermal Simulation Results
英飞凌各代IGBT模块技术详解
英飞凌各代IGBT模块技术详解 IGBT 是绝缘门极双极型晶体管（Isolated Gate Bipolar Transistor）的英文缩写。它是八十年代末，九十年代初迅速发展起来的新型复合器件。由于它将 MOSFET 和 GTR 的优点集于一身，既有输入阻抗高，速度快，热稳定性好，电压驱动（MOSFET 的优点，克服 GTR 缺点）；又具有通态压降低，可以向高电压、大电流方向发展（GTR 的优点，克服 MOSFET 的缺点）等综合优点，因此 IGBT 发展很快，在开关频率大于 1KHz，功率大于 5KW 的应用场合具有优势。随着以 MOSFET、IGBT 为代表的电压控制型器件的出现，电力电子技术便从低频迅速迈入了高频电力电子阶段，并使电力电子技术发展得更加丰富，同时为高效节能、省材、新能源、自动化及智能化提供了新的机遇。 英飞凌／EUPEC IGBT 芯片发展经历了三代，下面将具体介绍。 一、IGBT1－平面栅穿通（PT）型 IGBT （1988 1995） 西门子第一代 IGBT 芯片也是采用平面栅、PT 型 IGBT 工艺，这是最初的 IGBT 概念原型产品。生产时间是 1990 年－ 1995 年。西门子第一代 IGBT 以后缀为“DN1” 来区分。如 BSM150GB120DN1。 图 1.1 PT-IGBT 结构图
PT 型 IGBT 是在厚度约为 300－500μm 的硅衬底上外延生长有源层，在外延层上制作IGBT 元胞。PT-IGBT 具有类 GTR 特性，在向 1200V 以上高压方向发展时，遇到了高阻、厚外延难度大、成本高、可靠性较低的障碍。因此，PT-IGBT 适合生产低压器件，600V 系列 IGBT 有优势。 二、IGBT2－第二代平面栅 NPT-IGBT 西门子公司经过了潜心研究，于 1989 年在 IEEE 功率电子专家会议（PESC）上率先提出了 NPT－IGBT 概念。由于随着 IGBT 耐压的提高，如电压VCE≥1200V，要求 IGBT 承受耐压的基区厚度dB>100μm，在硅衬底上外延生长高阻厚外延的做法，不仅成本高，而且外延层的掺杂浓度和外延层的均匀性都难以保证。1995 年，西门子率先不用外延工艺， 采用区熔单晶硅批量生产 NPT－IGBT 产品。西门子的 NPT-IGBT 在全电流工作区范围内具有饱和压降正温度系数，具有类 MOSFET 的输出特性。 图 1.2 NPT-IGBT 结构图 西门子／EUPEC IGBT2 最典型的代表是后缀为“DN2”系列。如 BSM200GB120DN2。“DN2”系列最佳适用频率为 15KHz－20KHz，饱和压降 VCE(sat)=2.5V。“DN2”系列几乎 适用于所有的应用领域。西门子在“DN2”系列的基础上通过优化工艺，开发出“DLC”系列。“ DLC ” 系列是低饱和压降，（ VCE(sat)=2.1V ），最佳开关频率范围为 1KHz － 8KHz 。“DLC”系列是适用于变频器等频率较低的应用场合。后来 Infineon／EUPEC 又推出短拖尾电流、高频“KS4”系列。“KS4”系列是在“DN2”的基础上，开关频率 得到进一步提高，最佳使用开关频率为 15KHz－30KHz。最适合于逆变焊机，UPS，通 信电源，开关电源，感应加热等开关频率比较高（fK≥20KHz）的应用场合。在这些应用 领域，将逐步取代“DN2”系列。EUPEC 用“KS4”芯片开发出H—桥（四单元）IGBT 模块，
电动汽车中的IGBT模块
电动汽车中的IGBT模块
————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：
电动汽车中的IGBT模块 摘要：本文主要介绍了电动汽车中IGBT模块的工作原理，参数要求，可靠性标准以及常见的失效。 关键词：电动汽车绝缘栅双极型晶体管(IGBT) 1 引言 为了有效达到节能和环保的目的，汽车技术发展正朝车辆节能化、能源多元化、动力电气化、排放洁净化等方向积极推进，发展节能汽车、代用燃料汽车与电动汽车。2009年国家正式公布了《汽车产业调整和振兴规划》，规划新能源汽车发展的短期目标为电动汽车产销形成规模。同时，以电动汽车为首的新能源汽车也成为“十二五”期间的重点扶持对象。在此背景下，新能源汽车，尤其是电动汽车成为国内乃至世界各汽车公司的研发重点，很多公司已向市场推出商业化的电动汽车。 电动汽车中需要用到大量的绝缘栅双极晶体管(IGBT)，IGBT是电动汽车中的核心器件之一，是动力系统的重要组成部分。汽车上工作条件的严酷性和复杂性给传统的IGBT模块技术带来了极大的挑战。 2 电动汽车中IGBT的工作原理 本文所指的电动车包括混合动力(HEV)和纯电动汽车(EV)。以HEV为例，其主要电气系统如图1所示。IGBT主要应用于以下两个子系统中： 1) 电动控制系统：大功率直流/交流(DC/AC)逆变后驱动汽车电机; 2) 车载空调控制系统：小功率直流/交流(DC/AC)逆变，使用电流较小的IGBT和FRD。 电动控制系统的IGBT需要处理的电流大，可靠性要求高，是本文讨论的重点。 电动控制系统的原理如图2所示，主要是通过脉冲宽度调制(PWM)的方式控制IGBT开关，将电流从DC转换到AC(电池到电机，驱动电机)或者从AC转化到DC(电机到电池，刹车、下坡时能量回收)。 对于HEV和比亚迪双模(DM)车型来说，除驱动电机外，另外还有一个发电机(如图3 所示)，可以由汽车的发动机带动其发电，然后通过IGBT模块AC/DC转换后向电池充电。在DM车型中，该发电机还可以充当驱动电机的作用。