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來自 英(ying)飛凌工業半導體  

    在(zai)典型變(bian)頻(pin)器應(ying)用中，1.5倍過(guo)載是經(jing)常發(fa)生的(de)工況(kuang)(kuang)。在(zai)這種工況(kuang)(kuang)下，器件(jian)的(de)結(jie)(jie)溫(wen)會出(chu)現較(jiao)大幅度的(de)波動(dong)。在(zai)以往(wang)的(de)芯(xin)片(pian)技(ji)術(shu)中，最大允許(xu)工作結(jie)(jie)溫(wen)固定(ding)(ding)(ding)為(wei)150℃。假設1.5倍過(guo)載工況(kuang)(kuang)下，器件(jian)結(jie)(jie)溫(wen)較(jiao)滿(man)(man)載時結(jie)(jie)溫(wen)高(gao)(gao)出(chu)25℃，則變(bian)頻(pin)器滿(man)(man)載功(gong)率(lv)只能按照(zhao)芯(xin)片(pian)結(jie)(jie)溫(wen)最高(gao)(gao)不超過(guo)125℃來定(ding)(ding)(ding)義，實際(ji)上是浪費了25℃的(de)結(jie)(jie)溫(wen)。而(er)英飛凌最新(xin)一代TRENCHSTOP? IGBT7技(ji)術(shu)允許(xu)在(zai)過(guo)載工況(kuang)(kuang)下運(yun)行在(zai)Tvjop=175℃。這樣，變(bian)頻(pin)器的(de)滿(man)(man)載功(gong)率(lv)就可以按照(zhao)芯(xin)片(pian)結(jie)(jie)溫(wen)最高(gao)(gao)不超過(guo)150℃來定(ding)(ding)(ding)義，最大程(cheng)度地發(fa)揮了芯(xin)片(pian)的(de)潛能。相比之前(qian)IGBT4的(de)最高(gao)(gao)結(jie)(jie)溫(wen)Tvjop =150℃，IGBT7能在(zai)更高(gao)(gao)的(de)結(jie)(jie)溫(wen)下運(yun)行，不僅(jin)能實現更高(gao)(gao)的(de)功(gong)率(lv)密度，還支(zhi)持更高(gao)(gao)的(de)散熱片(pian)溫(wen)度。

1、 175℃運行結溫(wen)的定(ding)義

圖1顯示了IGBT7在(zai)開(kai)關工況(kuang)下允許(xu)的運(yun)行結溫(wen)定(ding)義。正常運(yun)行時，最(zui)高(gao)允許(xu)結溫(wen)為(wei)150°C。在過載工況下，允許最(zui)高(gao)結(jie)溫高(gao)于Tvjop =150°C但低于Tvjop =175°C，最多持(chi)續t1 = 60秒。并且Tvjop高于150°C的過載(zai)工況持續時(shi)間必須在(zai)負(fu)載(zai)周期(qi)時(shi)間（T）的20%以內，即當T=300s時，t1 =60s。

負載周期的(de)影響 

   當(dang)負載(zai)周期小于(yu)300s時，例如T=200s，則t1=20%*200=40s。

   當負(fu)載周期大(da)于300s時(shi)，例(li)如T=400s，則t1=60s。

圖1 IGBT7和IGBT4的最高運行結溫定(ding)義(yi)

圖1中所示的最(zui)高溫度定(ding)義(yi)應被視為最(zui)高結溫（Tvjop）極限值，包括由基本輸出頻率引起的(de)(de)溫(wen)(wen)(wen)度(du)波動。圖(tu)2提供了兩(liang)個(ge)結(jie)溫(wen)(wen)(wen)曲線的(de)(de)示例(li)。在圖(tu)2a中(zhong)，周期(qi)時間(jian)(jian)T=300s，最(zui)(zui)高結(jie)溫(wen)(wen)(wen)超(chao)過(guo)150℃的(de)(de)持續時間(jian)(jian)t1=50s。剩余時間(jian)(jian)內，結(jie)溫(wen)(wen)(wen)都低于(yu)150°C。因(yin)此，占(zhan)空比為16.7%。從最(zui)(zui)高運行(xing)結(jie)溫(wen)(wen)(wen)的(de)(de)角度(du)來看(kan)，這(zhe)(zhe)種工況(kuang)是(shi)(shi)允許的(de)(de)。另一(yi)個(ge)示例(li)如圖(tu)2b所(suo)示。在本例(li)中(zhong)，最(zui)(zui)高結(jie)溫(wen)(wen)(wen)在整個(ge)負載周期(qi)時間(jian)(jian)內都超(chao)過(guo)150°C。這(zhe)(zhe)種工況(kuang)是(shi)(shi)不能允許的(de)(de)。

圖2   a）允(yun)許工(gong)況             b）不允許工況

2、達到(dao)更高IGBT運行溫度所需滿(man)足(zu)的系統(tong)溫度限制(zhi)

2.1 外殼溫度限制

相(xiang)比IGBT4，TRENCHSTOP? IGBT7的運行結溫可提高25°C。這使得使用IGBT7的(de)系統能(neng)夠達到更(geng)高的(de)功率(lv)密度，同時提(ti)高了周邊元件的(de)溫度——比如PCB、散熱(re)片和模塊外殼。實(shi)際應用中應當考慮到以下所述的幾(ji)項限(xian)制。

 2.2 外殼(ke)溫度限(xian)制

數據表中規定(ding)有(you)RTI（相(xiang)對(dui)溫度(du)(du)指(zhi)數(shu)）值。該值代表與塑(su)料熱(re)降解有關的特征參(can)數(shu)。運行時，模塊外殼溫度(du)(du)不應超(chao)出此(ci)值。否則就是違反UL額定(ding)值標準。

2.3 PCB溫度(du)限制

系統的(de)功率密度可隨著(zhu)結溫的(de)升高而(er)提高。由于(yu)IGBT7和(he)IGBT4 PIM模塊所用的引腳相同，這意(yi)味著通(tong)過每個引腳的電流會變大。當該電流變大時，應(ying)特別注意(yi)PCB的溫升。PCB所允許的最(zui)高溫度取決(jue)于自身(shen)材料(liao)。增(zeng)(zeng)加銅層(ceng)(ceng)厚度、擴(kuo)大走線寬度、增(zeng)(zeng)加層(ceng)(ceng)數及系統冷卻可幫助降低PCB溫度(du)。

2.4 散熱片溫(wen)度限(xian)制

散熱片(pian)溫度不應超過熱界(jie)面(mian)材料(liao)所(suo)允許(xu)的工作溫度。如果(guo)模塊已使用英飛凌預涂熱界(jie)面(mian)材料(liao)的TIM模塊(kuai)，則散(san)熱片溫度限值(zhi)為150°C。