前面我们分享了汇川技术功率器件首席专家吴桢生先生的《IGBT在工业驱动器的应用技术展望与探讨》主题报告，前一篇文章已经为大家介绍了IGBT技术发展趋势：高功率密度、高可靠性、更加易用。
接下来本篇文章将继续对高功率密度、MPT技术发展下的SOA、高防护、dv/dt 的影响、TSC封装等做出详细介绍。
1、高功率密度
图1 高功率密度
2、MPT技术发展下的SOA
图2 MPT技术发展下的SOA
3、高防护
IGBT在使用的过程中存在一些问题，例如在寒冷的环境中，如采矿、橡胶硫化等，空气中含有的硫化氢，在DBC衬板上，两个相邻的铜箔之间生成枝晶，时间一长就会造成短路，最终会造成IGBT 的损坏。在这种环境下，一方面是整机防护，另一方面是 IGBT能够从封装级别提出防护措施，如防硫封装，以应对应用场合需求。
在如海上、码头等潮湿的环境中，IGBT会比较容易出现击穿。但是在以往的IEC标准在这方面并没有做要求。然而要满足这样的使用环境，芯片需要通过HV-H3TRB 的测试，需要注意芯片终端及钝化层的设计。
4、dv/dt 的影响
4.1 dv/dt在工业驱动器中的影响
工业驱动领域对dv/dt的关注度比较高，如下图4展示的拓扑图是从电网侧到驱动器到电机，从图上看，若IGBT 输出端产生的dv/dt比较高将会带来以下问题：
第一，由于线缆的反射，会在电机端产生反射电压。
在dv/dt 比较小的情况下，电机端产生的反射电压较低；但若开关太快，在电机端会产生较高的反射电压，从而导致电机绝缘会老化，最终导致电机损坏。
为了避免上述情况，可能需要在逆变器的输出加上滤波器，或是被动地提升电机的绝缘，这两种解决方案都会导致系统成本上升，所以太高的dv/dt是不好的。
第二，dv/dt太高，漏电流增大，导致输出电流增大，驱动器的输出电流增大最终就会导致过流故障。为了避免过流故障，则需要增加驱动器选型，最终带来的也是成本上升。
此外，这块的漏电流最终回流到网侧，对电网造成污染。为了抑制漏电流对电网造成上升的电磁干扰 （EMI），需要加上 EMI 滤波器，从而导致驱动器的成本上升，体积增大。
最终还有一个问题就是，电机的轴电流的会增大，最终导致电机轴承被电蚀，最终导致电机损坏，这类问题不像前几种还有防护的手段，解决手段基本要从源头去解决，即降低dv/dt，或者需要使用多电平拓扑。
综上，dv/dt在工业驱动器领域是非常重要的。
汇川技术对A、B公司的IGBT做了关于dv/dt 的测试。
如图5所示，左图为开通 dv/dt 和电流(Ic)之间的关系。由图可知，随着电流的不断上升，开通 dv/dt不断下降。从应用角度来看，会更倾向于A，因为整机对外的电磁干扰（EMI）是由最大的 dv/dt水平决定。而我们知道，小电流时，就是最大的dv/dt的点。
这个测试方法是在小电流下，把dv/dt水平都调到一样的情况，即保证对外的干扰一样。到了大电流的时，则更关注损耗，若此时的dv/dt越大，开关快一点，开关损耗会变小，便可以在相同对外干扰的情况下获得更低的损耗。这一点是要去特别去注意的，但有些厂家并不太注意，而应用端则期望在相同的对外辐射情况下去获得的更低损耗。
右图为不同厂家开通dv/dt的瞬态表现。dv/dt有不同的测量方法，通常采用的是 90% 到 10% 是过程的测量方法，即取电压 90% 到 10% 之间的差值，除以它们经过的时间，即为 dv/dt 的平均值。
这张图中所测得两家公司的dv/dt值可能是一样的，但实际上它们的瞬态表现是完全不同的。A公司的话是比较线性，比较平均，而B公司则是一开始快速下降，之后再有一个相对较长的拖尾。在这两种情况下，芯片设计工程师可能比较倾向B公司，快速地下降意味着更低的开关损耗。
但实际上从应用的角度来讲，这两家公司的产品在整机上的EMI 表现是不一样的，根据汇川技术的测试结果，B公司的产品 EMI会比 A公司可能高 10 个 dB甚至以上。为解决高出的10个dB，不得不增加 EMI滤波器，增加成本去解决这个问题。如果不想增加成本，可能需要人为地去调整 IGBT 的驱动参数，特意调慢它，使得它对外的 EMI 没有那么大。但是如果这么去做，B公司的 IGBT基本上不能用了，因为把它的 dv/dt调到和 A公司一样，损耗会非常大。实际上，从应用端来说，希望开通 dv/dt尽可能线性，同时可控性是比较好的。
图5 兼顾 EMI和 Eon
5、 Top side cooling(TSC)封装
在中小功率段，TSC封装是比较不错的选择。相比传统的插件式封装，可简化生产，相比传统贴片式封装，有更好的散热路径。所以 TSC封装是综合了简化制造和良好散热等特点。在 20 千瓦以下的功率段来看，TSC封装是一个不错的选择。
TSC封装的瓶颈主要在往更大功率去拓展时，会碰到更高导热要求与工艺平整度的矛盾。
图6 TSC封装
原文始发于微信公众号（艾邦半导体网）：IGBT在工业驱动器的应用技术与展望