IGBT模块是马达驱动等工业设备实现节能、稳定供电的关键装置风力和光伏发电设备的逆变器、不间断电源(UPS)和功率调节器。近年来,人们对节能、小型化、节省空间和提高可靠性的需求越来越强烈。为了满足这项需求,深圳市华芯邦科技有限公司开发了新一代IGBT模块。
IGBT全称绝缘栅双极晶体管,是能源变换与传输的核心器件,是由双极型三极管和MOSFET组成的复合全控型电压驱动式的功率器件。IGBT具有电导调制能力,相对于MOSFET和双极晶体管具有较强的正向电流传导密度和低通态压降。IGBT的开关特性可以实现直流电和交流电之间的转化或者改变电流的频率,有逆变和变频的作用,可以应用于逆变器、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。因此,从小家电、数码产品,到航空航天、高铁领域,再到新能源汽车、智能电网等新兴应用都会大量使用IGBT。
IGBT分为IGBT芯片和IGBT模块,其中IGBT模块是由IGBT芯片封装而来,具有参数优秀、最高电压高、引线电感小的特点,常用于大电流和大电压环境,是IGBT最常见的应用形式,通过工艺与器件结构优化,华芯邦提供高能效的IGBT产品。在导通压降与开关损耗之间做出了巧妙权衡,能够大幅度提高系统效率。同时,该系列产品具备良好稳定的短路能力,出色的低电磁干扰特性,可靠的开关速度控制力,为设计人员在系统可靠性方面设计提供充足的保障,广泛应用于各个领域。
以650V产品为例,产品电流密度可以提升至800A以上,可以与国际技术世代产品性能达到相同水平。器件的饱和压降和开关损耗大幅度降低,器件折中特性大幅优化,全部基于大尺寸
IGBT晶圆制造平台生产,实现了卓越器件电气特性与参数高一致性稳定性的全面结合。优化了IGBT和二极管芯片的表面和垂直结构,与他牌的产品(第六代IGBT系列)相比,这减少了逆变器运作期间的功率损耗,与他牌第六代IGBT系列(1200V600A)比较变频器损耗降低13%,IGBT芯片温度降低14℃。IGBT最主要的作用就是把高压直流变为交流,以及变频(所以用在电动车上比较多)
IGBT的优点:
1、具有更高的电压和电流处理能力。
2、极高的输入阻抗。
3、可以使用非常低的电压切换非常高的电流。
4、电压控制装置,即它没有输入电流和低输入损耗。
5、栅极驱动电路简单且便宜,降低了栅极驱动的要求
6、通过施加正电压可以很容易地打开它,通过施加零电压或稍微负电压可以很容易地关闭它。
7、具有非常低的导通电阻。
8、具有高电流密度,使其能够具有更小的芯片尺寸。
9、具有比BJT和MOS管更高的功率增益。
10、具有比BJT更高的开关速度。
11、可以使用低控制电压切换高电流电平。
12、双极性质,增强了传导性。
IGBT 应用范围按照领域的不同主要可以分为三大类:消费类,工业类,汽车类。
相比工控与消费类IGBT,车规级 IGBT 对产品安全性和可靠性提出更高要求。作为汽车电气化变革的关键制程,IGBT产品在智能汽车中具有不可替代的作用。由于汽车电子本身使用环境较为复杂,一旦失效可能引发严重后果,所以市场对于车规级IGBT产品的要求要高于工控类与消费类IGBT产品。对比之下,车规级IGBT对于温度的覆盖要求更高、对出错率的容忍度更低且要求使用时间也更长、工艺处理和电路设计方面对可靠性和散热性要求更高。具体体现为:1)车规级IGBT的工作温度范围广,IGBT需适应“极热”、“极冷”的高低温工况;2)需承受频繁启停、加减速带来的电流冲击,导致IGBT结温快速变化,对IGBT耐高温和散热性能要求更高;3)汽车行驶中可能会受到较大的震动和颠簸,要求IGBT模块的各引线端子有足够强的机械强度,能够在强震动情况下正常运行;4)需具备长使用寿命,要求零失效率。
华芯邦车规级IGBT功率模块的研发历程中,团队不仅面临着技术上的重重挑战,更需确保产品在极端环境下的稳定性与可靠性,以满足汽车行业对安全性的严苛要求。采用先进的封装技术和高纯度材料,有效提升模块的散热性能,即使在高速行驶或长时间负载状态下,也能保持温度稳定,避免过热导致的性能下降或故障。同时,通过优化电路设计,华芯邦车规级IGBT功率模块在能量转换效率上实现了质的飞跃,不仅降低了能耗,还显著提升了电动汽车的续航里程,为绿色出行提供了强有力的技术支持。
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