英飛凌最新一代IGBT技術平臺實現(xiàn)轉速與位置的精準控制

IGBT7作為英飛凌最新一代IGBT技術平臺，它與IGBT4的性能對比一直是工程師關心的問題。本文通過FP35R12W2T4與 FP35R12W2T7在同一平臺伺服驅動中的測試，得到了相同工況下IGBT4與IGBT7的結溫對比。實驗結果表明，在連續(xù)大功率負載工況與慣量盤負載工況的對比測試中，IGBT7的結溫均低于IGBT4。

伺服驅動系統(tǒng)響應速度快，過載倍數(shù)高，小型化和高功率密度的趨勢更是對功率器件提出了更苛刻的要求。英飛凌明星產(chǎn)品IGBT7憑借超低導通壓降、dv/dt可控、175℃過載結溫、完美契合伺服驅動器的所有需求。英飛凌—晶川—邁信聯(lián)合研發(fā)基于IGBT7的伺服驅動完整解決方案，可顯著提高功率密度。驅動芯片采用英飛凌無磁芯變壓器1EDI20I12MH。因為IGBT7獨特的電容結構，不易寄生導通，因此可以使用單電源設計，最大程度上簡化了驅動設計。主控MCU采用XMC4700/4800，電機位置檢測采用TLE5109，實現(xiàn)轉速與位置的精準控制。

為了對比IGBT4與IGBT7在伺服驅動中的表現(xiàn)，我們使用了同一平臺的兩臺伺服驅動，分別搭載PIN腳布局相同的FP35R12W2T4與FP35R12W2T7，在相同dv/dt條件下（dv/dt=5600V/us），進行測試。

我們設計了兩種典型工況對比方案，來對比IGBT4與IGBT7在相同的工況下的結溫，分別是連續(xù)大負載對比測試與慣量負載對比測試。待測IGBT模塊內的IGBT芯片上預埋熱電偶，通過將熱電偶連接數(shù)據(jù)采集儀，可以直接讀出IGBT芯片結溫。

連續(xù)大負載對比測試

加載采用兩臺電機對拖，被測電機系統(tǒng)工作于電動狀態(tài)，負載電機系統(tǒng)工作于發(fā)電狀態(tài)；

分別采用基于IGBT4和IGBT7的驅動器驅動被測電機，兩臺驅動器每次加載的開關頻率、輸出電流/功率一樣；

采用功率分析儀測試驅動器的輸入功率、輸出功率，計算驅動器的損耗和效率。

下圖是連續(xù)大負載工況下的IGBT4與IGBT7結溫對比。

從中可以看出，在8K開關頻率下加載13分鐘，IGBT7和IGBT4的結溫差17℃。隨著加載時間的延長，結溫差還處于上升趨勢。

我們還對比了不同開關頻率、同樣輸出功率（5.8KVA）情況下，IGBT7和IGBT4的溫升對比，如下圖所錄。橫軸是IGBT的開關頻率；左邊的縱軸是NTC溫度與初始溫度相比的溫升。右邊的縱軸是IGBT4和IGBT7的溫升差。隨著開關頻率的提高，IGBT7和IGBT4的NTC溫升變大；10K開關頻率下，IGBT7的NTC溫升比IGBT4降低19℃?？梢钥吹健Ｓ捎贗GBT7可以工作更高的結溫，因此可以實現(xiàn)更大輸出功率，實現(xiàn)功率跳檔。

慣量負載對比測試

兩臺分別裝載IGBT4與IGBT7，電機帶相同的慣量盤負載，轉速從1500轉/分鐘到-1500轉/分鐘的時間為250毫秒，穩(wěn)速運行時間1.2s。穩(wěn)速運行工況下，相輸出電流小于0.5A；因此此測試工況的平均功率比較小。

電機散熱條件相同，開關頻率8kHz。

慣量負載測試平臺

慣量盤負載測試工況

測得結溫曲線如下：

可以看出，在帶慣量盤加減速運行工況下，IGBT7的結溫低于IGBT4。運行13分鐘后驅動器溫升還沒有達到平衡狀態(tài)，此時結溫相差約7℃。

最后我們對這部分測試做一個總結：

輸出同樣的功率，采用IGBT7的驅動器結溫明顯降低，允許縮小散熱器的體積，從而驅動器尺寸可以縮??；

如果同樣的散熱條件，采用IGBT7則可以輸出更大的功率，實現(xiàn)功率跳檔；

再加上IGBT7可以工作在更高的結溫，因此可以輸出更大的功率。

原文標題：IGBT7與IGBT4在伺服驅動器中的對比測試

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