在第一篇论文中我们介绍了芯片特性，本篇我们将继续为您介绍：热特性评估。
3. 1200V发射极控制的
EmCon7中功率技术
虽然改进IGBT性能对于提升新功率模块的载流能力是必不可少的，但只优化IGBT并不够。还必须改进续流二极管以实现最大的功率增益。因此，通过优化二极管，不仅要能在二极管恢复期间达到足够的软度，还应保持较低的损耗。与IGBT的关断特性相反，二极管软度在电流较小（比如0.1·Inom）时最为关键。图10显示了FF600R12ME4_B72中的发射极控制的HE二极管和FF900R12ME7_B11中的发射极控制的EC7二极管，在25°C时二极管恢复阶段的相应开关曲线。
图10：FF600R12ME4_B72中的发射极控制的HE二极管和FF900R12ME7_B11中的发射极控制的EC7二极管的开关曲线
显而易见的是，发射极控制的HE二极管不能用于外部门极电阻低于1.5Ω时。如图10中下面的一张图所示，当Rg,on值较小时（比如1.0Ω），会发生二极管瞬变，而发射极控制的EC7二极管在Rg,on=0.51Ω时也能使用，并未显示出任何软度问题。
就图11中二极管的恢复损耗（Erec）而言，发射极控制的EC7二极管的Erec与发射极控制的HE二极管几乎相同——虽然发射极控制的HE二极管的di/dt高出26-31%。
图11：在不同温度下，FF600R12ME4_B72和FF900R12ME7_B11模块的二极管恢复损耗与正向电流的关系。插图显示的是归一化的正向特性
为了本节内容的完整性，图11的插图中显示了二极管的正向特性。
4. 模块外壳和结温规格
1)模块外壳改进
相比上一代，新一代芯片的标称电流将提高50%。因此，有必要对外壳作一些改进，以便能够承载更大的电流，特别应对主端子进行改进。为此，我们不仅开发出一款新外壳，还调整了内部模块设计以提高主端子的载流能力。
2)IGBT和FWD结温规格
较之IGBT4被指定的绝对最高温度Tvj,op等于150°C——不区分连续运行和过载运行，指定IGBT7的绝对最高温度Tvj,op时，应考虑到第1节中和参考文献第[9]条中所述的GDP应用要求。
图12显示了IGBT7和EC7的结温规格。
图12：IGBT 7（左侧）与IGBT 4（右侧）的虚拟结温规格对比。IGBT 7的Tvj,op高于150°C时的过载持续时间必须在负载周期时间（T）的20%以下，即，T = 300s时，t1 = 60s
指定IGBT7的Tvj,op值时应考虑到驱动制造商所规定的典型过载情形，且可以涵盖3秒和60秒的过载脉冲。对应用的影响将在下面的章节中讲述。
5. 应用测试和结果
与FF600R12ME4_B72器件相比，上述新开发的FF900R12ME7_B11的所有特性都将带来性能的改进。为了评估和比较这两种器件的性能，须进行一系列的应用测试，并用红外摄像机进行温度评估。测试参数的设置应考虑到
第1章中所述的及表1中所列的信息：
表1：在应用中比较IGBT7和IGBT4时所用的典型GPD参数。*所需的40°C的环境温度不能通过试验装置进行调整
试验装置如图13所示：
图13：试验装置的照片。试验条件如表1所示
图注：
1.红外摄像机
2.IGBT驱动
3.风扇
4.直流母线电容器
5.散热器
6.黑色无凝胶模块 – 供试器件
7.适配卡
1)FF600R12ME4_B72 vs. FF900R12ME7_B11 – 输出电流和温度降低
试验结果显示在图14和图15中。
图14：在1kHz 和表1中所述的条件下，IGBT结温与输出电流的关系
图15：在2.5kHz 和表1中所述的条件下，IGBT结温与输出电流的关系
从图中可以看出，在1kHz连续脉宽调制模式和相同的输出电流下，采用IGBT 7技术的模块工作温度比IGBT4器件低38K。将新模块推到指定温度的极限，可使输出电流增加150A。在150°C时，IGBT7相比IGBT4仍具有95A的输出电流优势。
而在2.5kHz连续脉宽调制模式下，新技术的优势也很明显：电流相同时工作温度可降低33K；150°C时最大输出电流可增加70A，175°C时最大输出电流可增加110A。
2)FF600R12ME4_B72 vs. FF900R12ME7_B11 – 直流端子温度降低
图16显示了相比FF600R12ME4_B72，FF900R12ME7_B11利用新外壳所实现的温度降低。
图16：通过比较新款和老款外壳的直流总线温度来确定温度改进情况
当输出电流相同时，FF900R12ME7_B11模块的新外壳可使直流总线温度比FF600R12ME4_B72最多降低20K。可以比对图17中的两张红外线照片，它们分别显示这两种模块在相同应用条件下的温度分布。
图17：FF600R12ME4_B72（左侧）和FF900R12ME7_B11（右侧），二者都在420A和2.5kHz及相同条件下运行。黑色方框为用于进行温度评估的逆变器部位
比较发现，在采用FF900R12ME7_B11而非FF600R12ME4_B72的系统中可以看到不同组件的温度降低。在新器件中，主要是IGBT、FWD、DCB、模块端子、直流总线端子及接合线能在较低温度下运行。
3)FF600R12ME4_B72 vs. FF900R12ME7_B11 – 在相同GPD机箱尺寸的功率密度
在这部分试验中，选择与GPD制造商[1]的正常负荷（ND）和重型负荷（HD）机型对应的输出电流有关的参数，来评估不同技术的最大可能的逆变器输出电流。参数列在表2中。
表2：为测试两种模块在相同机箱的输出电流而选择的参数
在表1中所述的条件下和2.5kHz时，给半导体施加额定输出电流。在过载电流应用之前，整个系统的温度处于稳定状态。系统的热性能显示在图18和图19中。
图18：机箱等级电流370A，FF600R12ME4_B72器件：在额定电流ND和HD、正常负荷和重型负荷过载脉冲下的测量结果
当机箱等级电流为370A时，IGBT4解决方案达到温度极限。在3秒钟的重型负荷过载脉冲期间，IGBT的Tvj达到142°C。
图19：机箱等级电流477A，FF900R12ME7_B11器件：在额定电流ND和HD、正常负荷和重型负荷过载脉冲下的测量结果
IGBT7器件能够达到输出电流477A的要求。在施加所有必需的电流等级期间，FF900R12ME7_B11始终位于图12中所示的IGBT7的规格之内。由于试验中的环境温度为20℃，而不是要求的40℃，所以得到的结果适合用于作比较。因此，通过使用改进的散热器，采用不连续脉宽调制，和/或降低开关频率，逆变器制造商可以在40°C时达到相同的输出电流。
结论
新开发的由IGBT7与发射极控制EC7二极管组成的芯片不仅易于使用，还能完全满足通用型驱动（GPD）的需求。它具有的优势包括：静态损耗显著降低，可控性好，在所有应用相关的电流等级下都具有足够的软度，以及短路能力强。这些与EconoDUAL™3封装改进及用于满足驱动过载需求的新温度规格相结合，可让逆变器设计工程师更方便设计。
所进行的应用测试毫无疑问地表明，相比上一代，新一代器件的性能得到了改进。当电流相同时，新一代FF900R12ME7_B11相比FF600R12ME4_B72模块温度降低了38K。另外，新一代器件的输出电流还可增加最多150A。
考虑到典型的GPD正常负荷和重型负荷设计标准，利用使用IGBT7替代IGBT4的EconoDUAL™ 3可能实现机箱等级电流从370A到477A的跳跃。
参考文献
[9] AN2018-14, TRENCHSTOP TM 1200 V IGBT7 Application Note,
https：//www.infineon.com/dgdl/Infineon-AN_201814_TRENCHSTOP_1200V_IGBT7-AN-v01_00-EN.pdf?fileId=5546d46265487f7b01656b173ddc3600
