從PCIM展看功率器件的創(chuàng)新

　　在3月中旬的“2008慕尼黑上海電子展”期間，功率半導(dǎo)體廠商在PCIM (功率轉(zhuǎn)換與智能運(yùn)動(dòng)控制)展區(qū)濟(jì)濟(jì)一堂，展示了眾多高能效解決方案。從采訪Fairchild(飛兆)、Infineon(英飛凌)和三菱電機(jī)等公司可以看出，創(chuàng)新的技術(shù)推動(dòng)了新產(chǎn)品的推出。

烹飪用IGBT成熱點(diǎn)

　　提高能效是電子器件的頭號(hào)推動(dòng)因素，從天然氣烹飪轉(zhuǎn)向感應(yīng)加熱(例如電磁爐)可以節(jié)能50%(表1)，而且感應(yīng)加熱產(chǎn)品還具有安全和容易清洗的特點(diǎn)。因此，為電磁爐開發(fā)IGBT成為展示的熱點(diǎn)。

　　.　Fairchild的Field Stop Trench IGBT
Fairchild(飛兆)半導(dǎo)體公司在會(huì)上推出了1200V Field Stop(場(chǎng)截止) Trench IGBT系列器件FGA20N120FTD 和 FGA15N120FTD。這些IGBT采用該公司專利的Field Stop結(jié)構(gòu)和抗雪崩的Trench gate (溝道柵) 技術(shù)，可在傳導(dǎo)損耗和開關(guān)損耗之間提供良好權(quán)衡。Fairchild企業(yè)市場(chǎng)總監(jiān)Claudia Innes說(shuō)：“與傳統(tǒng)的NPT-Trench IGBT器件相比，F(xiàn)GA20N120FTD可減小25%的導(dǎo)通損耗、8%的開關(guān)損耗，并大幅降低系統(tǒng)工作溫度。”由于損耗降低，因此冷卻要求降低，系統(tǒng)的可靠性得以增強(qiáng)，系統(tǒng)總成本減少。這些新IGBT還內(nèi)置了專為零電壓開關(guān) (ZVS) 技術(shù)而優(yōu)化的快速恢復(fù)二極管 (FRD)，進(jìn)一步提高了可靠性。

表1  感應(yīng)加熱是提高能效的最好方式
　

　　兩款新產(chǎn)品是Fairchild設(shè)在韓國(guó)的HV(高電壓)電源系統(tǒng)組為中國(guó)市場(chǎng)(220V電壓)開發(fā)的，Sangmin Chung經(jīng)理表示，F(xiàn)ield Stop工藝是Fairchild的獨(dú)有技術(shù)，其關(guān)鍵是加了一個(gè)Field插接層，因此可以把損耗降低。隨著研發(fā)的進(jìn)一步深入，今后有望Fairchild所有IGBT可以用到Field Stop技術(shù)。

　　.　Infineon：?jiǎn)喂躀GBT方案

　　Infineon的方案包括兩個(gè)方種：軟開關(guān)應(yīng)用的第三代逆向?qū)↖GBT(RC3)和單端諧振的控制。

　　軟開關(guān)用的第三代逆向?qū)↖GBT 所有的烹飪電器都是軟開關(guān)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。烹飪電器主要分為三大類：電磁爐、電飯煲和微波爐(如表2)。英飛凌家電及工業(yè)功率器件市場(chǎng)高級(jí)經(jīng)理馬國(guó)偉介紹說(shuō)，采用Infineon的第三代逆向?qū)↖GBT有四個(gè)優(yōu)勢(shì)：1，具有較低的飽和壓降，從而節(jié)省散熱器和風(fēng)扇成本；2，軟而且快的開關(guān)特性降低了EMI，可簡(jiǎn)化濾波器；3，安全、堅(jiān)固的設(shè)計(jì)伴隨著更大的熱設(shè)計(jì)裕量。4，使諧振方案實(shí)現(xiàn)低成本，具有更低的導(dǎo)通損耗、特制的二極管及精確的溫度控制。

表2  烹飪電器的軟開關(guān)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
　

　　單端諧振的控制與保護(hù) 隨著電磁爐的功率越來(lái)越高，IGBT在電磁爐中的峰值浪涌問(wèn)題日益突出。Infineon為中國(guó)市場(chǎng)推出的“IGBT+單片機(jī)”組合方案，實(shí)現(xiàn)電磁爐的數(shù)字控制。利用其IHW25N120R2 IGBT及8位單片機(jī)XC886/XC866實(shí)現(xiàn)，方法是通過(guò)單片機(jī)對(duì)輸出功率作每周期的數(shù)字控制，對(duì)VCE及VAC作動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，進(jìn)行準(zhǔn)確及時(shí)的控制。

功率器件秀
 

　　.　三菱電機(jī)

　　三菱電機(jī)帶來(lái)了第四代DIP-IPM(雙列直插型智能功率模塊)、第五代智能功率模塊L1系列IPM以及多種系列的第五代IGBT模塊。

　　2004年以來(lái)，三菱電機(jī)的DIP-IPM模塊開發(fā)致力于小型化、低熱阻化以及完全無(wú)鉛化，并已開發(fā)出第四代DIP-IPM產(chǎn)品。如今，為提高DIP-IPM的性價(jià)比，三菱電機(jī)還增加了搭載RC-IGBT硅片的額定電流為3A的DIP-IPM，從而使第四代DIP-IPM系列產(chǎn)品更加豐富，為白色家電等變頻基板的小型化做出貢獻(xiàn)。

　　三菱電機(jī)還展示了新推出第五代L1系列IPM，其將硅片溫度傳感器設(shè)置在IGBT硅片正中央處，實(shí)現(xiàn)了更加精確迅速的硅片溫度檢測(cè)。該系列IPM采用全柵型專利的CSTBT(載流子存儲(chǔ)式溝槽型雙極晶體管)硅片技術(shù)，具有比L系列IPM更低的損耗，以及優(yōu)化的VCE與Eoff折衷曲線。此外，L1系列IPM還首次開發(fā)了25A/1200V和50A/600V的小封裝產(chǎn)品以滿足客戶節(jié)約成本的需求。

　　.　Infineon
 
英飛凌方案比目前的設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)化了器件，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字控制

　　除了電磁爐用IGBT外，Infineon還展示了IGBT驅(qū)動(dòng)芯片—采用專利技術(shù)EiceDRIVER的1ED020I12-F，它是一款單路門極驅(qū)動(dòng)IC，具有1200V隔離電壓，使用無(wú)核變壓器(CLT)技術(shù)，可驅(qū)動(dòng)達(dá)100A的IGBT/MOSFET。

　　剛剛開始量產(chǎn)的智能功率模塊CiPoS系列打造了IPM新封裝概念，這是由于功率器件使用DCB(陶瓷基覆銅板)，控制電路采用PCB(印制電路板)，便于實(shí)現(xiàn)定制功能。內(nèi)部具有可靠的電氣隔離，散熱效果良好。對(duì)DCB作注模封裝，提高了可靠性?？梢詾閷?lái)集成單片機(jī)做準(zhǔn)備，同時(shí)可以集成更多器件做定制模塊。內(nèi)置PCB，令引腳位置及功能定義靈活。

　　大功率應(yīng)用的混合電動(dòng)車功率模塊HybirdPACK與工業(yè)應(yīng)用功率模塊PrimePACK為了提高堅(jiān)固度、降低脫離效應(yīng)，都使用了優(yōu)化的銅基板及氧化氯陶瓷，并采用芯片定位方法。其中，適合大功率工業(yè)變頻器、大功率UPS、可再生能源的PrimePACK2與PrimePACK3優(yōu)化了芯片布局，比上一代模塊降低熱阻30%；并且大幅降低內(nèi)部寄生電感，比上一代模塊降低60%。

　　.　Fairchild

　　展示了集成SPM器件，可用于在電機(jī)逆變器設(shè)計(jì)中優(yōu)化性能和節(jié)省空間；HID、LED、CFL和LFL照明系統(tǒng)中的高能效鎮(zhèn)流器IC等器件。