加速线上工具的功率级设计,助力IGBT特性分析功能提升

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  为让电子产品设计人员在*短时间内,完成元件特性评估作业,功率半导体业者研发出更精密的线上设计工具,不仅推出和设计方法。首先设计人员可将封装特性和电性运作条件输入到对应的表格中,包括对10微秒(μs)额定短路保护时间的客制化要求,并指定贴附在三相桥式上的一个简单散热器晶片,再输入12℃/W的热阻,线上设计工具将采用这些资料,计算在指定应用条件下的功率损耗,当温度限制等于*大的额定接合温度、低于图2中的降额输入,或可在低于预设接合温度下运作的零件才可承受范围以内。若将短路电流时间从10微秒减到5微秒(正好在典型电流感应IC的回应时间之内),更将有助于找到其他可符合这种应用需求,且成本更加合适的元件。

  

  图4 更改工具参数设定,可协助工程师选出更便宜的元件。

  图5显示工具中的两个IGBT与图4相同,再加上一个允许更低功率损耗和更低接合温度的全元件(IRGR4045DPbF),而其他两个都采用平面(Planar)设计。

  

  图5 问题,并不会变成实质的优点,这种情况在马达驱动应用中尤其显著。

  

  图6 透过电流与效率曲线可呈现IGBT导通和切换性成本,还可用元件选择器检测到功率耗损和温度造成的影响,将热阻从40℃/W提升到50℃/W,并对结果进行检测。

  此范例显示出温度分布方案。

  目前市面上已有针对汽车等特定应用领域开发的有限元分析(FEA)引擎工具,可**模拟热环境,而未来的挑战则在于如何建置一套适合各种应用的散热器模型,故线上设计工具的功能演进方向可望朝模型标准化发展,使其更适用于一般系统设计。

  整体而言,新一代沟槽式IGBT等功率半导体技术,虽可缩减系统尺寸和成本,同时提高效率和增强可靠性,但时间压力会让设计人员无法探索新的机会,甚至会让旧式设计一再应用,结果会使终端产品未能达到*高性能。

  对此,新一代线上设计工具在加速功率级设计方面将非常有效率,并可协助设计人员在新产品设计中发挥*新技术的优势。

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