IGBT保护分析(英飞凌)
英飞凌各代IGBT模块技术详解
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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。
英飞凌各代IGBT模块技术详解
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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。
英飞凌的IGBT驱动芯片介绍
![英飞凌的IGBT驱动芯片介绍](https://img.taocdn.com/s3/m/76688f0603d8ce2f006623e3.png)
EiceDriver
Page 23
Isoaltion Definitions
Functional Insulation:
VDE 0884-10 Approved UL1577 Pending
Insulation between conductive parts which is necessary only for the proper functioning of the equipment. Basic Insulation: Insulation applied to live parts to provide basic protection against electric shock. Supplementary Insulation: Independent insulation applied in addition to basic insulation, in order to provide protection against shock in the event of a failure of basic insulation. Double Insulation: Insulation comprising both basic insulation and supplementary insulation. Reinforced Insulation: A single Insulation applied to live parts, which provides a degree of protection against electric shock equivalent to double insulation
基于 CLT 技术 1200V, +1A/-2A 半桥驱动器 SO-18-2 SMD 封装 (符合RoHS标准) VCC / VSH: 14V-18V 欠压锁定(UVLO): 典型值 11V (欠压清除电 平典型值12V) PWM 输入: 高电平有效, 兼容3.3V/5V TTL逻 辑 输入互锁功能 关断(SD)输入 通用运算放大器和比较器 VGNDH: 最大可达 ±1200V! 传输延迟典型值85ns, 上下管传输延迟相差 ±25ns 符合并通过IEC61000-4-4标准等级4
英飞凌第三代IGBT模块开关特性
![英飞凌第三代IGBT模块开关特性](https://img.taocdn.com/s3/m/3485cc2faaea998fcc220e63.png)
英飞凌第三代IGBT模块开关特性1. 英飞凌第三代IGBT模块芯片技术IGBT 芯片(IGBT3) 具有沟槽结构,并通过在传统的NPT-IGBT的衬底和集电区之间加入一个n型掺杂附加层,这个附加层被称为电场终止(fieldstop),这样结合了PT 和NPT 技术的优势。
关于IGBT构造及IGBT工作原理可参阅IGBT构造与工作原理一文。
图1.1. 芯片技术该技术可使静态和动态损耗减至最小,加上IGBT3 具有更高电流密度,它还可扩展系列产品的功率范围。
2. 开关特性2.1. 开关特性在开通过程中,电压上升率(-dv/dt) 和电流上升率(di/dt) 可以通过更变栅极电阻进行控制,这一特性在使用第二代IGBT时已很熟悉了。
两种开关瞬态过程均随着栅极电阻的增加而变长。
图2.1.1 标称栅极电阻下(数据手册中规定的最小栅极电阻)的开启过程VCE = 1200V (dv/dt=0.9kV/μs)IC = 1200A (di/dt=6.4kA/μs)VGE = ±15V (ICpeak = 2.4kA)Eon = 816mWs图2.1.2 低值栅极电阻下(比数据手册中规定的最小栅极电阻小)的开启过程(不推荐)VCE = 1200V (dv/dt=1.4kV/μs)IC = 1200A (di/dt=8.7kA/μs)VGE = ±15V (ICpeak = 2.7kA)Eon = 544mWs图2.1.3 大栅极电阻下(比数据手册中规定的最大栅极电阻)的开启过程VCE = 1200V (dv/dt=0.3kV/μs)IC = 1200A (di/dt=3kA/μs)VGE = ±15V (ICpeak = 1.81kA)Eon = 2558mWs2.2 关断特性图2.2.3 用标称栅极电阻的1700V IGBT3 的关断响应。
显示VGE、IC 和VCE。
关断过程从栅极电压的t1 点开始。
英飞凌IGBT (ff300r)说明书
![英飞凌IGBT (ff300r)说明书](https://img.taocdn.com/s3/m/7ea5b980e53a580216fcfebf.png)
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英飞凌模块IGBT
![英飞凌模块IGBT](https://img.taocdn.com/s3/m/6b8518325727a5e9856a61d3.png)
F4-75R12KS4
4单元,75A/1200V
F4-100R12KS4
4单元,100A/1200V
F4-150R12KS4
4单元,150A/1200V
FS75R12KS4
6单元,75A/1200V
FS100R12KS4
6单元,100A/1200V
T4系列
产品型号
参数说明
FF50R12RT4
6单元,450A/1200V
产品型号
参数说明
FF150R12KT3G
2单元,150A/1200V
FF200R12KT3
2单元,200A/1200V
FF300R12KT3
2单元,300A/1200V
FF400R12KT3
2单元,400A/1200V
FS25R12KT3
6单元,25A/1200V
FS50R12KT3
FF400R12KE3
2单元,400A/1200V
FF200R17KE3
2单元,200A/1700V
FF300R17KE3
2单元,300A/1700V
FS100R1Βιβλιοθήκη KE36单元,100A/1200V
FS150R12KE3
6单元,150A/1200V
FS225R12KE3
6单元,225A/1200V
FS25R12W1T4
6单元,25A/1200V
FS35R12W1T4
6单元,35A/1200V
FS50R12W1T4
6单元,50A/1200V
FS75R12W1T4
6单元,75A/1200V
FS50R12KT4
6单元,50A/1200V
英飞凌各代IGBT模块技术详解
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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。
英飞凌3.3kv IGBT驱动
![英飞凌3.3kv IGBT驱动](https://img.taocdn.com/s3/m/a963d338eefdc8d376ee3256.png)
英飞凌3.3kV的IGBT模块作为一款成熟的产品,芯片技术已经从第二代发展到了第三代。
不少传统的传动行业客户会使用3.3kV等级的模块,轨道交通牵引行业更是大量使用3.3kV等级的模块。
高压变频行业客户也正逐步采用3.3kV系列模块进行技术更新,以替代传统1.2kV,1.7kV级联模式的复杂系统。
因此,对3.3kV等级的IGBT模块驱动电路进行研究十分有意义。
目前,市场上专业驱动器生产厂商有相关配套驱动器产品提供给客户选择,但是做为一款广泛应用的模块产品,很有必要做更深入的细节分析,希望能够帮助客户更安全合理的使用3.3kV系列模块产品。
英飞凌作为全球最大的功率半导体厂商,总部位于德国慕尼黑,可以提供从发电、输电到用电整个链条所需的功率半导体和功率模块。
英飞凌科技(中国)有限公司是2003年7月在上海成立的,除了负责中国区的市场和销售外,还拥有应用研发中心。
其中有关IGBT模块的支持则是亚太区的应用技术中心。
多年来,在半导体解决方案和客户服务上持续在业内居于领先。
对于3.3kV的驱动,无论是电路本身还是并联使用时的均流问题,英飞凌都有合适的解决方案。
所有相关测试都是在英飞凌上海的实验室完成。
本文主要从安全隔离、门极电路、有缘钳位和短路保护这几个方面来简单介绍下设计时要注意的事项。
这里借助一款使用英飞凌驱动芯片1ED020I12的3.3kV驱动设计来作分析,图1和图2分别为驱动板和适配板的实物图。
另外,英飞凌还能够提供3.3kV并联方案的测试板。
图1 3.3kV驱动板图2 3.3kV有源适配板1. 驱动的安全隔离在设计高压IGBT驱动电路时,首先要考虑的就是安全隔离的问题。
不同电压等级的IGBT模块有不同的隔离要求,包括驱动信号与主电路的隔离以及初级供电电源与主电路的隔离。
驱动信号与主电路的隔离可以用光纤来实现。
用光纤隔离不仅绝缘好,使用方便,而且抗干扰能力也强。
使用光纤连接信号时要注意光纤收发器的工作温度,常见的塑料光纤,工作温度最高不超过85℃,可靠的工作环境温度一般是0℃~70℃。
英飞凌IGBT模块应用笔记
![英飞凌IGBT模块应用笔记](https://img.taocdn.com/s3/m/b85f73f4aef8941ea76e0563.png)
英飞凌IGBT模块应用笔记目录1 摘要2 导言2.1 数据表的状态2.2 型号命名规则3 数据表参数——IGBT3.1 集电极-发射极电压VCES3.2 总功率损耗集电极-发射极电压Ptot3.3 集电极电流IC3.4 重复性集电极峰值电流ICRM3.5 反向偏压安全运行区域RBSOA3.6 典型输出和传递特性3.6.1 IGBT器件结构以及IGBT与功率MOSFET在输出特性上的区别3.6.2 传递特性和输出特性(IGBT数据表)3.7 寄生电容3.7.1 测定电路3.7.2 栅极电荷Qg和栅极电流3.7.3 寄生导通效应3.8 开关时间3.9 短路3.10 泄漏电流ICES和IGES3.11 热特性4 数据表参数——二极管4.1 正向电流IF和正向特性4.2 重复性峰值正向电流IFRM4.3 反向恢复4.4 特热性5 数据表参数——NTC热敏电阻5.1 NTC阻值5.2 B值6 数据表参数——模块6.1 绝缘电压VISOL6.2 杂散电感LS6.3 模块电阻RCC’+EE’6.4 冷却回路6.5 安装扭矩M7 参考资料1 摘要注释:本应用笔记中给出的下列信息仅作为关于实现该器件的建议,不得被视为就该器件的任何特定功能、条件或质量作出的任何说明或保证。
本应用笔记旨在对IGBT模块的数据表中给出的参数和图表予以解释。
本应用笔记有助于要求使用IGBT模块的功率电子元件的设计者正确地使用该数据表,并为其提供背景信息。
文章来源:/jc/255.html数据表中提及的每一项参数都给出了尽可能详细地表明该模块的特性的值。
一方面,有了这些信息,设计者应当能够对不同竞争对手提供的器件进行相互比较,另一方面,根据这些信息,设计者应当足以理解该器件的局限性所在。
本文档有助于更加深刻地理解数据表中标示的参数和特性。
本文档解释了这些参数与诸如温度等条件的影响之间的相互作用。
提及动态特性试验的数据表值,如开关损耗,均与具备确定的杂散电感和栅极电阻等等值的特定试验设置有关。
功率损耗和温度的估算---英飞凌
![功率损耗和温度的估算---英飞凌](https://img.taocdn.com/s3/m/aed6b549852458fb770b560c.png)
Page 6
IGBT模块的损耗-小结
IGBT
导通损耗: 1)与IGBT芯片技术有关 2)与运行条件有关:与电流成正比,与IGBT占空比成正比,随Tj升高而增加。 3)与驱动条件有关:随Vge的增加而减小 开关损耗 1)与IGBT芯片技术有关 2)与工作条件有关:与开关频率、电流、电压成正比,随 Tj升高而增加。 3)与驱动条件有关:随Rg的增大而增大,随门极关断电压的增加而减小。
IGBT关断瞬间
Page 4
IGBT模块的损耗-FWD导通损耗
FWD的Vf-If特性曲线
Vf和If的关系可以用左图的近似线性法来表示:
Vf = U0 + Rd If
FWD的导通损耗:
Pf = d * Vf If,其中d 为FWD的导通占空比
Rd
模块规格书里给出了FWD的正向导通电压的特征 值:VF,及测试条件。 FWD正向导通电压的大小,与通过的电流(If) 和芯片的结温(Tj)有关。 英飞凌的IGBT模块规格书里给出了两个测试条件 下的正向导通电压特征值: 1)Tj=25C;2)Tj=125C。电流均为IF,NOM(模 块的标称电流)。
一个桥臂单元 一个模块
对于含整流桥的PIM,Rthch的换算可以按Rthjc之间的比例来算。
Page 10
IGBT模块的温度
当损耗以周期性脉冲形式(方波/正弦 半波)存在时,模块表现出热容性, 可用瞬态热阻抗Zthjc来表示。 Zthjc是一个时间变量(瞬态损耗持续 的时间)。时间越长,Zthjc值越大。 Zthjc的最大值就是Rthjc。 结温Tj的波动幅度与Zthjc有关, Zthjc值越大,Tj的波动幅度就越大。
如何正确读懂英飞凌的IGBT的资料
![如何正确读懂英飞凌的IGBT的资料](https://img.taocdn.com/s3/m/d3afba6ef5335a8102d2208d.png)
Switching parameters
! Gate charge (QG)
This value is specified at +/-15V, used to calculate driving power
! Cies, Cres
Cies = CGE + CGC: Input capacitance (output shorted) Coss = CGC + CEC: Output capacitance (input shorted) Cres = CGC: Reverse transfer capacitance (Miller capacitance) Required gate power at switching frequency f:
Infineon datasheet understanding
IFX AIM Zhou Yizheng
Infineon datasheet understanding
Current parameters Current parameters Voltage parameters Voltage parameters Switching parameters Switching parameters Diode parameters Diode parameters Thermal parameters Thermal parameters Module parameters Module parameters
∆VCE VCE ( 2) − VCE (1) = = I C ( 2) − I C (1) ∆I C
Basic data for conduction losses calculation
英飞凌各代IGBT模块技术详解
![英飞凌各代IGBT模块技术详解](https://img.taocdn.com/s3/m/ffbd81e7ec3a87c24128c416.png)
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G TR 特性,在向1200V 以上高压方向发展时,遇到了高阻、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厚外延难系列 IGBT 有优势。
二、IGBT2 -第二代平面栅N PT-IGBT(PESC )上率先提出议西门子公司经过了潜心研究,于1989 年在 IEEE 功率电子专家会了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>100 μm,在硅衬底上外延生长高阻厚外延的做法,不仅成本高,而且。
英飞凌IGBT模块规格的正确理解_XXXX0727新
![英飞凌IGBT模块规格的正确理解_XXXX0727新](https://img.taocdn.com/s3/m/388aad42fad6195f312ba6de.png)
dv/dt
di/dt RG
dv/dt
开关参数
门极电荷 (QG)
QG 用来计算驱动所需功率,为VGE 在+/-15V时的典型值
Cies, Cres
Cies = CGE + CGC: 输入电容(输出短路)
Coss = CGC + CEC:输出电容(输入短路)
Cres = CGC: 反向转移电容 (米勒电容) 频率f,所需的驱动功率:
短路坚固性
IGBT2为平面栅IGBT:5-8倍IC IGBT3/IGBT4为沟槽栅IGBT:4倍IC
电压参数
集电极-发射极阻断电压Vces
测量Vces时,G/E两极必须短路 Vces为IGBT模块所能承受的最大电压,在任
何时候CE间电压都不能超过这一数值,否则将 造成去器件击穿损坏 Vces和短路电流ISC 一起构成了IGBT模块的安 全工作区:RBSOA图
开关参数
RGext 的取值
IGBT要求的RGext 的最小值 驱动器要求的RGext 的最小值
开关参数
外部门极电容(CGE)
为了控制高压IGBT的开启速度,推荐使用外部门极电容CGE
有了CGE ,开启过程的di/dt和dv/dt可以被分开控制,即可 以用更小的RG ;从而实现了低的开关损耗和较低的开通di/dt
P Qg VGE f
P Cies 5 VGE 2 f
CGC G
CGE
C CEC
E
开关参数
开关时间(tdon, tr, tdoff, tf)
These values are greatly influenced by IG(RG), IC, VGE, Tj. These value can be used to determine the dead time:
英飞凌的IGBT驱动芯片介绍
![英飞凌的IGBT驱动芯片介绍](https://img.taocdn.com/s3/m/c94449fac77da26925c5b0cd.png)
功能 ED = IGBT/MOSFET驱动器 驱动器通道数 1 = 单管驱动器 2 = 半桥驱动器 6 = 三相全桥驱动器
Page 3
EiceDRIVERTM器件型号定义
EiceDRIVER™ 2 ED 020 I 12 – F I
绿色 / 增强版本 I = 有自锁功能 C = 无自锁功能
(To be Provided by 1ED020I12-S)
Page 24
1ED020I12-F Features
Undervoltage lockout
5V CMOS compatible LV I/Os
Fault feedback
Inverting/non-inverting IN
Enable/Shutdown function Negative drive Active Miller Clamp IGBT Desaturation detection Rail-to-rail +/-2A output
Page 2
EiceDRIVERTM器件型号定义
EiceDRIVER™ 6 ED 003 L 06 – F
绝缘等级 F = 功能性隔离 S = 安全隔离
电压等级 06 = 600V 12 = 1200V 17 = 1700V
驱动器类型 I = IC (无核变压器技术) L = IC (电平转换技术)
绝缘等级 F = 功能性隔离 S = 安全隔离
ST = 安全隔离/机车拖动应用
电压等级 06 = 600V 12 = 1200V 17 = 1700V
驱动器类型 C = PCB电路板 I = IC (无核变压器技术) L = IC (电平转换技术) 峰值输出电流 003 = 300mA 020 = 2A 功能 ED = IGBT/MOSFET驱动器
英飞凌IGBT 技术和产品概述及其应用领域
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英飞凌IGBT 技术和产品概述及其应用领域IGBT芯片技术及其发展:功率半导体在整个电能供应链中扮演重要角色。
如何提高功率密度是功率器件发展的主题:芯片技术和功率密度:芯片技术的发展趋势——以600/650V 为例600V IGBT 新的里程碑——HighSpeed3:器件型号芯片技术Ic [A]@100°C 大小[mm2]SPW47N60C3 CoolmosTM C3 30 69.3 IKW30T60 TRENCHSTOPTM 30 15.2 IGW40N60H3 High Speed 3 40 19.3HighSpeed3 特性芯片面积只有CoolMOS的28%功率密度高芯片和模块成本低在高温在拖尾电流也很小关断特性接近于CoolMOS,Eoff是IGBT3的40%,是CoolMOS的120%平滑的开关波形,振荡很有限TRENCHSTOP™5 - 25°C Trade-off 曲线Vce(sat) 对Eoff:与英飞凌的Best-in-class Highspeed3 比, TRENCHSTOPTM5 : >60% 低的开关损耗10% 低的导通损耗TRENCHSTOP™5开关特性–接近MOSFET的开关特性,消除拖尾电流。
TRENCHSTOP™5 –应用目标,填补IGBT与MOSFET之间的中到高频开关应用650V TRENCHSTOP™5,产品家族。
F5:超高性能版本需要超低寄生电感设计开关频率:~120kHzH5:逆导型IGBT用于软开关,如准谐振感应加热R5:逆导型IGBT用于软开关,如准谐振感应加热L5:低饱和压降目标:Vcesat =1V @ Inom, 25°C600V/650V 芯片技术的发展:发展背景:•600V 主要应用220V 马达驱动,电源,以小功率为主。
•电动汽车,太阳能等新兴应用功率大,追求高效率,对芯片技术有新的要求IGBT2---IGBT3di/dt 降低25%.过电压减小25%更短的拖尾电流关断损耗在同一水平短路时间6us600V---650Vdi/dt 进一步降低关断损耗增加短路时间10us耐压增加50V电压余量增加180V芯片技术的发展趋势——IGBT4 回顾:芯片技术的发展趋势——IGBT4 回顾:IGBT4 P4 的软特性:2400A-模块的关断特性at Tvj=25°C , Ic= 0,5 Inom (Rg=0,3Ohm,没有有源嵌位) IGBT 3 E3 在测试条件下, 300V 直流电压下就开始振荡。
英飞凌IGBT驱动保护培训资料
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22.05.2007
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Page 3
Module NTC for temperature measurement
NTC-temperature for a module with a base-plate
With baseplate Th
Th
Tc reference
Th
Without baseplate
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Th
Page 2
Over–temperature
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Module NTC vs. Tj
FP75R12KE3
54
53
53
34
TJ [° C] TNTC [° C]
Page 8
Over-current protection
Phase 2 Phase 1
Phase 1: RBSOA OC protection area.
Phase 2: Forbidden SOA SC starting point.
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英飞凌IGBT参数中文版
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RthCH _ IGBT RthJC _ IGBT RthJC _ Diode RthJC _ Diode * RthCH _ mod ule
RthCH _ Diode RthJC _ IGBT RthJC _ Diode RthJC _ IGBT * RthCH _ mod ule
估算的办法用于和竞争对手比较的情况,竞争对手 经常虚标电流,而IFX则留有余量
VCEsat 是IC nom 的函数,见规格书后图1,采用线性近似 VCEsat =(IC nom +287)/310 Tjmax =150℃,TC =80℃,RthJC =0.055K/W 计算得:IC nom =500A
电压参数
VCEsat 的变化
VCEsat 随IC的增大而增大
VCEsat 随VG的减小而增大
电压参数
VCEsat是仿真计算的基础数据
电压参数
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TJIGBT
TNTC
Th
TC
Heat conducting paste
Th
TC
The correction factor could be different for different modules. It depends on the position of the NTC.
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Th - depends on the cooling capability and design for the power dissipation based on the real application. Tc – depends on case temperature, and determined by the nominal current definition (Tc=100oC,or 85oC) Tj - max. allowable operational Tvjop (125oC/150oC).
Current Ic Voltage Vce
Do Not Switch Off At This Moment
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Switch Off the SC!
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IGBT Protection - Over-voltage of VGE & VCE
VGE over voltage can be the result of ESD, power supply fault or charging of Miller capacitor via Rg_OFF. It can damage the gate (VGE > VGES) or cause the SC current to drastically increase. Possible causes of VCE over voltage: - Fast SC turn-off & high stray inductance (Solutions: soft shut-down, turn-off delay) - Re-generative braking (Solution: brake chopper) - Fluctuation of line voltage
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IGBT switching on/off process
Vces
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Safety Isolation – Linear optocoupler
Built-in NTC Thermistor in Module
Adjust the Vge/Rg to decrease the di/dt; Select the low impedance capacitors; Place the capacitor as close as IGBT module to reduce the loop inductance; Connect the power and snubber loop with IGBT module as short as possible;
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IGBT Protection - Over-current protection
FP15R12W1T4
FP10R12W1T4
Over current setting point of Ic < = 2* Icnom, related to real Tvj.op. Mostly OC setting is close to Icnom.
Phase 2
Phase 1
Phase 2: Forbidden SOA SC starting point.
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• Can realize even smaller Vcepeak than RCD snubber. • Snubber R would have very big power dissipation . • Low impedance R is hard to find.
Be used below hundreds Watt application
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Safety isolation
Temperature measurement ┐ Isolated Sigma-Delta converter Example: AD7400 Sigma-Delta modulator ┐ High precision V-F converter + Optocoupler Example: LM231 ┐ High precision timer + Optocoupler Example: SA555 ┐ Linear optocoupler Example: IL300
• Will not influence IGBT turn on • Huge losses on snubber R • Quite hard to find a suitable R value, when switching frequency is high
Seldom used
Module NTC vs. Tj
FP75R12KE3 54 53 53
TJ [° C]
TNTC [° C] 34
58
48
41
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Failure Over Temperature
Solder below the IGBT is poured out
Large Areas of the Aluminum Layer are molten. Typical Beads.
Bubbles in the Imides layer
Th With baseplate Th
Tc reference
Th
Th
Without baseplate
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Hale Waihona Puke 22.05.2007For internal use only
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IGBT Protection - Overvoltage of Vge & Vce
To protect gate & limit SC current …
dic Vcc ( L * ) Vce max dt
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Over-voltage reduction
Use appropriate snubber circuit to suppress the overvoltage;
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Over-current protection
Phase 1: RBSOA OC protection area.
Over–temperature Ta – depends on external cooling application, limit of
components in the cabinet inside. Sometimes, Max allowable Ta=50oC, or 40oC (typical)
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