Sinrace Power Supply Technology (Shenzhen) Co., Ltd.
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Certifications
| 变流器设计及功率器件选型 |
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我们目标是提高功率密度的话有三个办法。一个最基本的方法是降低损耗，降低损耗后面有很多配合的模块，比如散热器都可以减小，这是我们要做的方向。我们都 讲散热的时候为什么要提高温升呢？从功率器件角度讲，我们讲提高散热器温度，如果在很高温度工作的话，可以让它输出更大的功率，温度更高，只要不超过这个 功率器件的极限就可以。教科书上面讲，功率器件的温度极限是125度，那么设计时要有余量，工作温度最好在100度。如果功率器件的结温能够提高，
就是说 允许的最高温度升高，也是提高功率密度的一个方向。旁边这一个就是散热，就是提高散热的效果，比如说刚才讲的选择高效的水冷散热器的话，散热器的大小也可 以缩小，以上都是可以提高功率密度的方法。半导体的结温目前最高是175度，但是很快会突破175度，200度的器件很快会出来。另外一个措施就是降低损 耗，这个是所有功率器件都要面对的方向。这里包括了开关损耗和导通损耗。
这里对比的是IGBT模块的大小和输出能力。刚才我们讲到要降低功率的损耗，一个是导通损耗是Vcesat×Ic， 另外一个是开关损耗用（Eon+Eoff）×f表示，包括开通与关断，还有就是考虑器件的强度。因为功率器件会出现过流过压，短路值，就是极限的电流会不 会受控是个很重要的安全性的考虑。
另外一个趋势就是所谓的小芯片大晶圆，因为晶圆是非常昂贵的，你能用越大的晶圆来生产，成本就会越便宜。同样的道 理，如果在同样的晶圆里面把芯片做得小一点，也是降低成本的一个方向，但是把芯片做得小的话会带来一个很坏的后果就是芯片热阻要增加，小的芯片怎么散热， 或者是它能不能承受这样热的循环。这里就产生一个新的要求--最高工作结温，我们必须要同时把工作温度提高，才能满足刚才讲的成本、热阻、散热的要求。另外一个要考虑的就是Vcesat跟温度的变化是怎么一个关系，我们希望是正温度系数的关系，即温度上升它的数字会上升。本来Vce上升代表功耗上升，这 并不是好事，但我们做大功率系统的话，IGBT是需要并联的，包括芯片级的并联、模块级、系统级的并联。并联的时候，我们会考虑能否达到均流。如果不均 流，那么电流大的部分损耗就大，温升大就有可能炸掉。我们需要一个机制让系统实现自动均流，自动均流就必须依靠正温度系数来实现。另外有一个非常难理解都 是经常用的字叫软开关，这个不是我们在电路设计上面讲的0电压0电流开关，是指在硬开关的时候，这个波形平不平滑。为什么关注这一点，因为IGBT的机理 比MOSFET复杂，很多开关的特性是外面不能随便控制。如果把IGBT放进变流器，加上电感的话，会产生电压尖峰，从而构成对IGBT电压的压力。我们 讲的软就是让电流的变动di/dt尽量的小，同时也可以降低EMI。 |
