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作者： 江斌 成星
作者單位： 江蘇中科君芯科技有限公司
摘要：在相同的逆變焊機(jī)平臺(tái)上，分別測(cè)試NPT-IGBT與FS-IGBT的溫升，及VGE，VCE, IC等波形，對(duì)比分析NPT-IGBT與FS-IGBT在逆變焊機(jī)應(yīng)用中的優(yōu)異。
關(guān)鍵字：非穿通型NPT-IGBT，場(chǎng)截止型FS-IGBT，逆變焊機(jī).
1、前言
IGBT （Insulated Gate Bipolar Transistor）全稱為絕緣柵雙極晶體管，作為逆變焊機(jī)中高頻逆變的主要開(kāi)關(guān)器件，其性能的優(yōu)劣將直接影響焊機(jī)整體表現(xiàn)。隨著國(guó)內(nèi)工藝水平和設(shè)計(jì)能力的提升，國(guó)產(chǎn)IGBT開(kāi)始進(jìn)入焊機(jī)領(lǐng)域。中科君芯IGBT芯片技術(shù)歷經(jīng)穿通型（PT）IGBT與非穿通（NPT）型IGBT，過(guò)渡到目前國(guó)際最新的溝槽柵場(chǎng)截止型技術(shù)FS-IGBT(圖1)。針對(duì)焊機(jī)產(chǎn)品的1200V系列正是采用了這一最新技術(shù)。
相對(duì)于PT和NPT，F(xiàn)S技術(shù)的特點(diǎn)為正面采用溝槽柵結(jié)構(gòu)可進(jìn)一步減小正向?qū)〞r(shí)飽和壓降值VCE(sat)，同時(shí)背面采用場(chǎng)截止技術(shù)進(jìn)一步優(yōu)化器件的開(kāi)關(guān)性能，在提高性能同時(shí)可使芯片做的更薄，這種結(jié)構(gòu)特性對(duì)高壓器件來(lái)說(shuō)是至關(guān)重要的。
焊機(jī)領(lǐng)域開(kāi)關(guān)頻率一般≥20kHz，為適應(yīng)這一頻率要求，特別針對(duì)開(kāi)關(guān)特性和飽和壓降進(jìn)行折中優(yōu)化，保證在降低開(kāi)關(guān)損耗的前提下導(dǎo)通壓降值不能有顯著增加。
因變壓器漏感及引線寄生電感的存在，當(dāng)IGBT關(guān)斷時(shí)，di/dt在雜散電感上形成電壓尖峰，針對(duì)這一特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)IGBT耐壓時(shí)進(jìn)行優(yōu)化處理（標(biāo)稱1200V器件的實(shí)際耐壓值達(dá)到1400V左右）。
另外焊機(jī)中和IGBT反并聯(lián)的FRD及外置吸收電容的存在，使得IGBT在開(kāi)通時(shí)產(chǎn)生很大的du/dt，導(dǎo)致IGBT開(kāi)通時(shí)流過(guò)IGBT的電流會(huì)出現(xiàn)較大的峰值。在設(shè)計(jì)IGBT時(shí)特別針對(duì)IGBT的集電極重復(fù)峰值電流ICRM進(jìn)行特殊處理，從而使峰值電流在額定值的4倍條件下進(jìn)行安全工作，并考核在不同脈沖寬度下該器件承受峰值電流的能力。
本文通過(guò)對(duì)中科君芯1200V FS-IGBT和國(guó)外主流器件在逆變電焊機(jī)上進(jìn)行對(duì)比測(cè)試，分析探討NPT與FS技術(shù)IGBT在實(shí)際應(yīng)用中的優(yōu)劣與差異。
2、實(shí)驗(yàn)平臺(tái)
國(guó)內(nèi)某品牌220V/380V雙電壓輸入電焊機(jī)，型號(hào)為ZX7-250ML，全橋電路拓?fù)洌瑔闻_(tái)機(jī)器IGBT用量為4pcs， 25A 1200V單管IGBT，機(jī)器初始設(shè)計(jì)用國(guó)際F品牌 NPT-IGBT單管，測(cè)試時(shí)用國(guó)際I品牌FS-IGBT和君芯FS-IGBT單管器件直接替換測(cè)試，未調(diào)整驅(qū)動(dòng)電路。工作時(shí)IGBT開(kāi)關(guān)頻率為26kHz。
3、溫升對(duì)比實(shí)驗(yàn)
測(cè)試目的：測(cè)試場(chǎng)截止型FS-IGBT與NPT-IGBT在焊機(jī)應(yīng)用中的溫升性能優(yōu)異。
測(cè)試方法：輸入電壓220V，實(shí)際輸出電流160A，輸出電壓26.4V，60%暫載率測(cè)試.
測(cè)試結(jié)果：
室內(nèi)常溫下測(cè)試結(jié)果數(shù)據(jù)：
高溫老化實(shí)驗(yàn)室內(nèi)測(cè)試結(jié)果數(shù)據(jù)：
 
結(jié)論：
在此款機(jī)型測(cè)試平臺(tái)下及相同測(cè)試條件中，場(chǎng)截止型IGBT溫升性能明顯優(yōu)于非串通型IGBT。中科君芯場(chǎng)截止型IGBT與國(guó)際領(lǐng)先的I品牌FS-IGBT在溫升性能變現(xiàn)上相當(dāng)。
4、VCE, IC,VGE波形對(duì)比測(cè)試實(shí)驗(yàn)
測(cè)試目的：測(cè)試場(chǎng)截止型FS-IGBT與NPT-IGBT在焊機(jī)應(yīng)用中的相關(guān)波形是否存在較大差異
測(cè)試方法：高溫40℃下，輸入電壓220V，實(shí)際輸出電流160A，輸出電壓26.4V。
測(cè)試結(jié)果：
VCE波形對(duì)比：
Ic波形對(duì)比：
 
結(jié)論：
在該測(cè)試平臺(tái)及上述測(cè)試條件下，NPT-IGBT與FS-IGBT波形接近，測(cè)試數(shù)據(jù)均在規(guī)格范圍之內(nèi)。在實(shí)際焊接電流沖擊實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，測(cè)試實(shí)驗(yàn)器件沖擊電流都未超過(guò)額定值的2倍(50A)；經(jīng)過(guò)多次點(diǎn)焊，及連續(xù)焊接；器件表現(xiàn)穩(wěn)定，抗沖擊性無(wú)差異。
總結(jié)：
通過(guò)以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，表明場(chǎng)截止型IGBT比非穿通型IGBT在較高頻率的逆變焊機(jī)應(yīng)用中，溫升性能表現(xiàn)更優(yōu)，可持續(xù)負(fù)載時(shí)間更長(zhǎng)。中科君芯自主研發(fā)的FS IGBT芯片技術(shù)已經(jīng)和國(guó)際一線品牌相當(dāng)。
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