论文 | 如何理解并运用IGBT7 175℃的最高运行结温

在典型变频器应用中，1.5倍过载是经常发生的工况。在这种工况下，器件的结温会出现较大幅度的波动。在以往的芯片技术中，最大允许工作结温固定为150℃。假设1.5倍过载工况下，器件结温较满载时结温高出25℃，则变频器满载功率只能按照芯片结温最高不超过125℃来定义，实际上是浪费了25℃的结温。而英飞凌最新一代TRENCHSTOP™ IGBT7技术允许在过载工况下运行在Tvjop=175℃。这样，变频器的满载功率就可以按照芯片结温最高不超过150℃来定义，最大程度地发挥了芯片的潜能。相比之前IGBT4的最高结温Tvjop =150℃，IGBT7能在更高的结温下运行，不仅能实现更高的功率密度，还支持更高的散热片温度。

一、175℃运行结温的定义

图1显示了IGBT7在开关工况下允许的运行结温定义。正常运行时，最高允许结温为150°C。在过载工况下，允许最高结温高于Tvjop =150°C但低于Tvjop =175°C，最多持续t1 = 60秒。并且Tvjop高于150°C的过载工况持续时间必须在负载周期时间（T）的20%以内，即当T=300s时，t1 =60s。

负载周期的影响

当负载周期小于300s时，例如T=200s，则t1=20%*200=40s。

当负载周期大于300s时，例如T=400s，则t1=60s。

图1 IGBT7和IGBT4的最高运行结温定义

图1中所示的最高温度定义应被视为最高结温（Tvjop）极限值，包括由基本输出频率引起的温度波动。图2提供了两个结温曲线的示例。在图2a中，周期时间T=300s，最高结温超过150℃的持续时间t1=50s。剩余时间内，结温都低于150°C。因此，占空比为16.7%。从最高运行结温的角度来看，这种工况是允许的。另一个示例如图2b所示。在本例中，最高结温在整个负载周期时间内都超过150°C。这种工况是不能允许的。

图2 a）允许工况 b）不允许工况

达到更高IGBT运行温度所需满足的系统温度限制

2.1 外壳温度限制

相比IGBT4，TRENCHSTOP™ IGBT7的运行结温可提高25°C。这使得使用IGBT7的系统能够达到更高的功率密度，同时提高了周边元件的温度——比如PCB、散热片和模块外壳。实际应用中应当考虑到以下所述的几项限制。

2.2 外壳温度限制

数据表中规定有RTI（相对温度指数）值。该值代表与塑料热降解有关的特征参数。运行时，模块外壳温度不应超出此值。否则就是违反UL额定值标准。

2.2 PCB温度限制

系统的功率密度可随着结温的升高而提高。由于IGBT7和IGBT4 PIM模块所用的引脚相同，这意味着通过每个引脚的电流会变大。当该电流变大时，应特别注意PCB的温升。PCB所允许的最高温度取决于自身材料。增加铜层厚度、扩大走线宽度、增加层数及系统冷却可帮助降低PCB温度。

2.3 散热片温度限制

散热片温度不应超过热界面材料所允许的工作温度。如果模块已使用英飞凌预涂热界面材料的TIM模块，则散热片温度限值为150°C。

声明： 本文来自英飞凌工业半导体，目的在于信息传递，观点仅代表作者本人，不代表易百纳立场。如有侵权或其他问题，请联系我们。