突破——IGBT7的高功率密度設(shè)計實例

英飛凌工業(yè)半導(dǎo)體 2021-07-02 10:56 168 閱讀 2 贊 2 收藏 0 評論

變頻器的需求

2014年7月，谷歌聯(lián)合電氣電子工程師學(xué)會（IEEE）面向全球推出了小盒挑戰(zhàn)（little box challenge）項目。提供一百萬美元的獎金，用于獎勵取得最高功率密度設(shè)計的2kW逆變器。2016年2月，來自比利時逆變器公司CE+T Power的紅電魔王隊獲得桂冠。在自然散熱的條件下，其設(shè)計的功率密度達到驚人的142.9W/in³，將立方英寸換算成升的話，可以達到8720W/L。

來自littleboxchallengecetpower官網(wǎng)

功率密度，以電力電子的產(chǎn)品的輸出功率除以產(chǎn)品的體積，代表了在目前的電力電子綜合設(shè)計能力（拓撲，器件，損耗，散熱，成本）下可以達到的綜合水平。高功率密度的逆變器，能夠以更小的功耗，更小的體積處理更大的功率，從而在系統(tǒng)應(yīng)用上帶來獨特的價值，更少的系統(tǒng)成本，更高的可靠性，更小的系統(tǒng)體積。

在不計成本的創(chuàng)新設(shè)計下，逆變器的功率密度的上限被不斷刷新，遠遠超過實際的電力電子的量產(chǎn)產(chǎn)品能達到的功率密度。實驗室中的高功率密度的產(chǎn)品，更多的以寬禁帶器件為主，探索產(chǎn)品的極致表現(xiàn)。而實際量產(chǎn)中的產(chǎn)品，考慮市場的可接受的價格程度，功率密度的提升需要在器件設(shè)計、散熱設(shè)計以及成本的平衡上孜孜以求，分毫必究。而在最新推出的產(chǎn)品中，有一款新系列的伺服驅(qū)動器的技術(shù)值得大家關(guān)注。

IGBT7的設(shè)計實例——匯川SV660系列伺服

匯川技術(shù)的新一代SV660伺服，采用了英飛凌的最新的IGBT7模塊，其功率密度相對于上一代采用IGBT4的產(chǎn)品，得到了很大的提升，整體性能表現(xiàn)更是“更上一層樓”。

戰(zhàn)“疫” | 用匯川style守護白衣天使

使用了新一代IGBT7技術(shù)的SV660伺服有何特點？以適配380V 1kW電機的伺服為例，其額定輸出電流為3.5A。上一代的伺服產(chǎn)品IS620采用了英飛凌的IGBT4，而新一代的伺服采用了IGBT7模塊，兩代產(chǎn)品中IGBT模塊的標稱電流相同。但新一代的伺服逆變器的整機體積減小了39%，從而我們可以看出IGBT7 對整體產(chǎn)品功率密度的巨大提升。

而另一款的3kW的伺服設(shè)計更加體現(xiàn)出新一代IGBT7的優(yōu)勢。SV660 3kW采用的IGBT7模塊比上一代IS620 3kW使用的IGBT4模塊電流等級還要小一檔，但SV660 3kW整機的功率密度卻相對于上一代的IS620提升了10%，這意味著使用IGBT7模塊設(shè)計變頻器，能夠降低系統(tǒng)成本，同時提高功率密度。

從中我們可以看到新一代的IGBT7模塊的強勁實力：系統(tǒng)功率密度更高，而系統(tǒng)成本更低

如何使用IGBT7

上述兩個實際案例，很好地詮釋了采用新一代的IGBT7的兩種設(shè)計理念：

1、提升逆變器的輸出電流。

可以采用與IGBT4同標稱電流的IGBT7的模塊，使逆變器輸出更大的電流，或者采用比IGBT4模塊更小的IGBT7模塊，使逆變器輸出相同的電流。如下圖所示，25A Easy2B的IGBT7可以比25A Easy2B的IGBT4提升35%的輸出電流，而25A Easy1B的IGBT7也可以比25A Easy2B的IGBT4提升16%的輸出電流。