降低损耗并提高功率密度的有效方法是改善开关行为。从设备设计师的角度来看，寻求提升功率转换系统的能效
，这无疑是最佳的参数选择。电源模块制造商必须将现代IGBT技术纳入产品中，以便设计师能够调整这些参数
。

　　由TRENCHSTOP™5 H5驱动的IGBT设计用于15至80 kHz的载波开关频率范围，具有最高650 V的阻断电压
。它在TO-247等离散封装中可用
，专为具有30至50 nH杂散电感的PCB布线路设计

。

　　Vincotech是一个使用这些器件的制造商，采用这些器件而不是离散封装来构建电源模块。该公司的Flow系列模块能够处理IGBT的性能
。Vincotech生产具有低内部杂散电感的电源模块，可以容纳多种类型的快速开关功率半导体
，包括这个650V芯片。

　　封装

　　Flow系列的特殊封装技术使Vincotech能够在电源模块中整合最新的芯片技术，其特点包括：

　　·无基板

　　·低内部杂散电感

　　·自由定位的辅助引脚(焊接、压配)

　　·内置直流电容器

　　图1中展示的Flow 1封装采用中性点钳位(NPC)逆变器拓扑结构中的非常快速的芯片。也称为I型拓扑，主要用于太阳能和不间断电源(UPS)应用的三电平转换器。快速开关IGBT、快速二极管和集成直流电容的组合确保了紧凑电源模块(项目代码10-FY07NPA200SM02-L366F08)中的最高效率和快速开关能力
。

图1

　　测量
：直流电容器的影响

　　IGBT的设计使得栅极电阻Rg几乎无法控制关断行为。在关断期间，相应的集电极-发射极电压峰值(Vcep)依赖于电流的关断速度以及在给定集电极-发射极电压Vce下
，电容器和半导体之间的杂散电感L

。

　　该方程描述了关断时的电压过冲ΔVcep，这是一个非常著名的关系
。这一方程告诉利发国际，减少杂散电感或关断速率将降低IGBT上的电压过冲。

　　图2显示了集成DC电容器对电源模块中集电极-发射极峰值电压的影响
。在相同测试条件下
，带有集成DC电容器(橙色)和没有集成DC电容器(蓝色)的测量结果。

图2

　　图表清楚地表明，未集成DC电容器时，集电极-发射极电压Vce在关断电压峰值之后会在约218%的施加直流连接电压350V之间震荡。集成DC电容器不仅将Vcep降低至137%的直流连接电压;还抑制了震荡。

　　将直流电容器尽可能靠近IGBT放置
，显然是非常快速开关功率半导体的明智之举
。

　　测量

　　表征开关行为

　　无论低电感封装设计如何，都需要分析动态特性。在开关开启和关闭期间
，集电极-发射极电压Vce和额定电流Ic的斜率必须得到处理，特别是在使用快速IGBT时。这就是为什么测量专注于这些开关斜率
，即T3的dV/dt和dI/dt(图1)

。减慢功率半导体的开关速度会降低开关斜率，从而增加功率损耗。

图3

　　图3显示了在室温(蓝色)和125°C(橙色)下，开关开启电流斜率dI/dt_on(实线)和反向恢复dI/dt_rec(虚线)的行为。

　　值低于4Ω的情况未显示
，原因是测量噪声。

　　在25°C下

，开关开启速度从4Ω开始下降，直到在16Ω时约为峰值的45%。温度对开关开启电流斜率有轻微但明显的影响，125°C时的dI/dt_on值始终低于25°C时的测量值。开关开启速度从峰值到125°C时的最低值降低约47%
。

　　图3还显示了反向恢复电流斜率dI/dt_rec
，即曲线的峰值后电流轨迹。温度对其影响很小;曲线非常相似
，几乎相同，约为7Ω
。

　　图4显示了集电极-发射极电压的开关斜率与Rg的关系
。在4Ω以上，关断电压斜率基本保持不变，这证实半导体物理特性使得Rg几乎无法控制关断行为
。关断dV/dt在栅极电阻范围内相当稳定;唯一明显的影响是在开关开启时。

图4

　　在低Rg时，dV/dt_on较高，更高的电阻值可以降低它
。25°C和125°C下的开关开启行为(实线)相似。唯一的区别似乎是25°C下随后的开关开启dV/dt降低。

　　图5描绘了开关开启和关断能量
。实线代表关断能量Eoff的测量;虚线显示了室温和125°C下开关开启能量(Eon)和反向恢复能量(Err)的数据。这些读数用于调查Eon、Eoff和Err在多大程度上依赖于Rg。Eon
、Eoff和Err在两个温度下表现出相似的趋势。

　　随着栅极电阻增加，Eon也会增加，因为IGBT减速
，器件损耗增加。因此

，反向恢复能量略有降低，因为反向恢复峰值较低，这与图3中dI/dt_rec的行为一致。

图5

　　就dI/dt的陡峭程度而言，图5的插图显示，25°C(蓝色)和125°C(橙色)下的总能量Etot显示

，超过4Ω的栅极电阻似乎是合理的
。然而
，这将需要在电流斜率和总能量损耗之间进行权衡，因为随着栅极电阻增加，损耗也会增加。正如利发国际在图4中看到的，栅极电阻对关断dV/dt或Eoff几乎没有影响。

　　电源模块中的IGBT

　　IGBT变得越来越快，这使得其在电源模块中的安装变得复杂。集成的DC电容器对此非常有利，因为它们可以防止关断电压过冲
。利发国际测量到的过冲从218%减少到137%
。

　　此外
，设计师还需要在开关速度、开关损耗和dV/dt控制的电磁兼容性之间找到合适的平衡
，以支持功率转换系统。利发国际的测量告诉利发国际，他们需要选择合适的栅极电阻

。对此，超过4Ω的电阻值似乎是一个在总能量损耗和开关斜率之间的最佳选择。然而，每个系统和应用都是不同的，必须通过适当的测量来确定每个系统的合适Rg值。

利发国际科技专注功率器件领域
，为客户提供igbt
、IPM模块等功率器件以及MCU和触控芯片，是一家拥有核心技术的电子元器件供应商和解决方案商
。