“这是大变化!”,日立发布低损失的新构造IGBT

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日立制作所在“ISPSD 2016”上发表了新型IGBT构造。其特点是,与该公司以往产品相比,可降低开关时的损失。开关开闭时生产的电力损失均可削减约3成。日历使用这种新型IGBT试制了耐压1.7kV、额定电流1400A的功率模块,并实施了工作试验。这种新构造的目标是被用于日立新一代IGBT“G Series”。该系列IGBT设想用于高输出功率模块“nHPD2”上。

日立在演讲中简单回顾了IGBT的开发过程。首先,该公司在1980年代推出了“平面型”IGBT产品,1990年代又推出了沟道型IGBT产品。之后一直在不断改进沟道构造。现行的IGBT产品为沟道型。此次发表的IGBT虽然也设置了沟道,但采用的构造“与原来大不相同,就如同从平面型变成沟道型时带来的震撼,变化巨大”。

采用侧栅构造

此次大幅变更了IGBT的栅极构造。日立称之为“侧栅(Side Gate)”。通过采用该构造,抑制了导通IGBT时栅极电压的过冲“ΔVge”,减小了与IGBT一起使用的二极管的恢复损失(Err)。在6kV/μs的开关速度下,将IGBT的导通时损失(Eon)与Err的和(Eon+Err)降低了约34%。

侧栅构造设置了比以往IGBT更宽的沟槽,在沟槽的侧壁上制作栅极。凭借这一构造,带来了有助于降低ΔVge的两大效果。一是去掉了以往沟道型IGBT采用的“浮空p型层”,降低了栅极附近的电势。另一个是减小了反向传输电容“Cres”(米勒电容)。

除了减小反向传输电容之外,由于比原来更加微细化,因此还有助于降低导通时的损失。在保持与以往IGBT相同的2.4V导通电压的同时,将IGBT的截止损失(Eoff)减小了35%。虽然截止损失与原来相同,但可将导通电压减小约15%至2.1V。一般情况下,截止损失和导通电压为此消彼长关系。减小截止损失时导通电压升高,降低导通电压时截止损失增大。而此次的侧栅构造改善了这一此消彼长的情况。

另外,日立还在演讲中称,即使结温从以往IGBT产品的*大150℃提高至175℃,新型IGBT产品也可顺利工作。

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