IGBT模块怎么控制?

半导体守护者 2024-04-07 04:35:18

1、IGBT技术迭代及工作原理

IGBT技术更新迭代已历经七代,不断提升性能与质量。从IGBT技术迭代来看,第一二代IGBT主要为平面栅型阶段;第三四代主要为沟槽栅型阶段,通过迭代的沟槽设计减少了IGBT的体积与功耗,并演化出了第五六代的沟槽格栅型改进;第七代为微沟槽栅型过渡,沟道密度更高,元胞间距更小,可实现最佳开关性能。

IGBT原理是将强电流、高压应用和快速终端设备用垂直功率MOSFET的自然进化。由于实现一个较高的击穿电压BVDSS需要一个源漏通道,而这个通道却具有很高的电阻率,因而造成功率MOSFET具有RDS(on)数值高的特征,IGBT消除了现有功率MOSFET的这些主要缺点。虽然最新一代功率MOSFET器件大幅度改进了RDS(on)特性,但是在高电平时,功率导通损耗仍然要比IGBT技术高出很多。较低的压降转换成一个低VCE(sat)的能力,以及IGBT的结构,同一个标准双极器件相比,可支持更高电流密度,并简化IGBT驱动器的原理图。

2、IGBT芯片及器件技术优化方案

目前,IGBT芯片优化方案朝着小型化、高功率、高可靠性方向发展。IGBT芯片优化方案包括沟槽棚精细化技术、高压/高温优化技术、多种优化技术组合、多功能集成技术等,不断扩展IGBT的技术优化,特别在电动汽车领域,在电动汽车应用领域,IGBT芯片性能优化的方案思路为:在沟槽精细化的基础上,采用薄片工艺并优化背面缓冲层设计,再结合优良的终端结构提高芯片耐压等级;将IGBT芯片和反并联二极管整合于一体,形成RC-IGBT结构,进一步提升芯片电流密度;芯片上集成温度电流传感器,门极驱动电阻以及RC芯片,有利于提高芯片长期运行的可靠性。在IGBT器件封装的方案思路为:在IGBT单管的基础上,立体式设计节省空间,并且方便叠层母排布局,提升散热效率。

3、车规级IGBT技术

车规级IGBT是指电动汽车上驱动电机控制器MCU中使用的功率变换器件。车规级IGBT技术重视散热以及产品性能,模块封装要求更高。IGBT车规级下游应用对于封装技术要求不同,其中车规级由于工作温度高需要注重强振动条件,其封装要求高于工业级和消费级,此外,汽车零部件对于气候条件有一定要求,因此在高温、高湿、高压条件下要避免腐蚀或氧化,车规级半导体要求可承受温度区间达-40°C至150°C(工业级:-40至105°C),产品寿命要求较长,需要对芯片各方面进行优化。同时IGBT模块封装需要满足振动等级的要求,对于绑定线自身、相关连接件以及封装外壳等。IGBT封装对于温度、衬板焊料层等也是封装需要着重注意的。

车规级IGBT模块是新能源汽车的电机控制器、高压充电机、空调系统等电气组件的核心元器件,尤其IGBT直接控制驱动系统直、交流电的转换同时负责电机变频控制。因此车规级IGBT的技术水平影响新能源汽车驱动系统的扭矩和最大输出功率等。IGBT在升压变流器中的应用中,电池经过中压直流之后,通过升压换流器再高压直流,进入主逆变器,再经过高压交流,最后通过电机。在新能源汽车中IGBT应用于车用空调变频与制热IGBT、汽车转向助力系统IGBT、OBC(充电/逆变)IGBT、后电机驱动IGBT、前电机驱动IGBT等。

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