【導(dǎo)讀】IGBT7作為英飛凌最新一代IGBT技術(shù)平臺(tái)，它與IGBT4的性能對(duì)比一直是工程師關(guān)心的問題。本文通過FP35R12W2T4與 FP35R12W2T7在同一平臺(tái)伺服驅(qū)動(dòng)中的測試，得到了相同工況下IGBT4與IGBT7的結(jié)溫對(duì)比。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在連續(xù)大功率負(fù)載工況與慣量盤負(fù)載工況的對(duì)比測試中，IGBT7的結(jié)溫均低于IGBT4。
伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)響應(yīng)速度快，過載倍數(shù)高，小型化和高功率密度的趨勢更是對(duì)功率器件提出了更苛刻的要求。英飛凌明星產(chǎn)品IGBT7憑借超低導(dǎo)通壓降、dv/dt可控、175℃過載結(jié)溫、完美契合伺服驅(qū)動(dòng)器的所有需求。英飛凌—晶川—邁信聯(lián)合研發(fā)基于IGBT7的伺服驅(qū)動(dòng)完整解決方案，可顯著提高功率密度。驅(qū)動(dòng)芯片采用英飛凌無磁芯變壓器1EDI20I12MH。因?yàn)镮GBT7獨(dú)特的電容結(jié)構(gòu)，不易寄生導(dǎo)通，因此可以使用單電源設(shè)計(jì)，最大程度上簡化了驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)。主控MCU采用XMC4700/4800，電機(jī)位置檢測采用TLE5109，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速與位置的精準(zhǔn)控制。
伺服驅(qū)動(dòng)樣機(jī)
伺服驅(qū)動(dòng)功率板
伺服驅(qū)動(dòng)控制板
為了對(duì)比IGBT4與IGBT7在伺服驅(qū)動(dòng)中的表現(xiàn)，我們使用了同一平臺(tái)的兩臺(tái)伺服驅(qū)動(dòng)，分別搭載PIN腳布局相同的FP35R12W2T4與FP35R12W2T7，在相同dv/dt條件下（dv/dt=5600V/us），進(jìn)行測試。
我們設(shè)計(jì)了兩種典型工況對(duì)比方案，來對(duì)比IGBT4與IGBT7在相同的工況下的結(jié)溫，分別是連續(xù)大負(fù)載對(duì)比測試與慣量負(fù)載對(duì)比測試。待測IGBT模塊內(nèi)的IGBT芯片上預(yù)埋熱電偶，通過將熱電偶連接數(shù)據(jù)采集儀，可以直接讀出IGBT芯片結(jié)溫。
連續(xù)大負(fù)載對(duì)比測試
● 加載采用兩臺(tái)電機(jī)對(duì)拖，被測電機(jī)系統(tǒng)工作于電動(dòng)狀態(tài)，負(fù)載電機(jī)系統(tǒng)工作于發(fā)電狀態(tài)；
● 分別采用基于IGBT4和IGBT7的驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)被測電機(jī)，兩臺(tái)驅(qū)動(dòng)器每次加載的開關(guān)頻率、輸出電流/功率一樣；
● 采用功率分析儀測試驅(qū)動(dòng)器的輸入功率、輸出功率，計(jì)算驅(qū)動(dòng)器的損耗和效率。
連續(xù)大負(fù)載對(duì)比測試平臺(tái)
下圖是連續(xù)大負(fù)載工況下的IGBT4與IGBT7結(jié)溫對(duì)比。
從中可以看出，在8K開關(guān)頻率下加載13分鐘，IGBT7和IGBT4的結(jié)溫差17℃。隨著加載時(shí)間的延長，結(jié)溫差還處于上升趨勢。
我們還對(duì)比了不同開關(guān)頻率、同樣輸出功率（5.8KVA）情況下，IGBT7和IGBT4的溫升對(duì)比，如下圖所錄。橫軸是IGBT的開關(guān)頻率；左邊的縱軸是NTC溫度與初始溫度相比的溫升。右邊的縱軸是IGBT4和IGBT7的溫升差。隨著開關(guān)頻率的提高，IGBT7和IGBT4的NTC溫升變大；10K開關(guān)頻率下，IGBT7的NTC溫升比IGBT4降低19℃?？梢钥吹?。由于IGBT7可以工作更高的結(jié)溫，因此可以實(shí)現(xiàn)更大輸出功率，實(shí)現(xiàn)功率跳檔。
慣量負(fù)載對(duì)比測試
● 兩臺(tái)分別裝載IGBT4與IGBT7，電機(jī)帶相同的慣量盤負(fù)載，轉(zhuǎn)速從1500轉(zhuǎn)/分鐘到-1500轉(zhuǎn)/分鐘的時(shí)間為250毫秒，穩(wěn)速運(yùn)行時(shí)間1.2s。穩(wěn)速運(yùn)行工況下，相輸出電流小于0.5A；因此此測試工況的平均功率比較小。
● 電機(jī)散熱條件相同，開關(guān)頻率8kHz。
慣量負(fù)載測試平臺(tái)
慣量盤負(fù)載測試工況
測得結(jié)溫曲線如下：
可以看出，在帶慣量盤加減速運(yùn)行工況下，IGBT7的結(jié)溫低于IGBT4。運(yùn)行13分鐘后驅(qū)動(dòng)器溫升還沒有達(dá)到平衡狀態(tài)，此時(shí)結(jié)溫相差約7℃。
最后我們對(duì)這部分測試做一個(gè)總結(jié)：
● 輸出同樣的功率，采用IGBT7的驅(qū)動(dòng)器結(jié)溫明顯降低，允許縮小散熱器的體積，從而驅(qū)動(dòng)器尺寸可以縮??；
● 如果同樣的散熱條件，采用IGBT7則可以輸出更大的功率，實(shí)現(xiàn)功率跳檔；
● 再加上IGBT7可以工作在更高的結(jié)溫，因此可以輸出更大的功率。
來源：英飛凌工業(yè)半導(dǎo)體
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