二極管+IGBT：新架構能帶來什么新應用？

技術特點：

逆向導通型IGBT將二極管和IGBT集成在同一個晶片里

節省空間，價格低

175度的結溫，EMI效果良好

應用領域：

洗衣機、洗碗器、吸塵器、空調、冰箱的壓縮機、伺服驅動、風扇

由于現在經濟的快速發展，能源的消耗也是急劇增加，我們如何去減少能源的損耗做到節能減排?這就要求我們的產品有一個更高的效率，更低的成本。而對于一個高性能的系統來說，半導體器件的選擇尤為重要。今天我給大家介紹的就是英飛凌一個新的逆向導通型IGBT。我們知道傳統的IGBT，二極管和IGBT是分開的兩個晶圓，而這一款新的逆向導通型IGBT是將二極管和IGBT集成在同一個晶圓上面，它們有相同的電流等級。新的逆向導通型IGBT引用了哪些技術呢?首先的話，它引入了場終止技術，也就是它大大的減小了晶圓的厚度，使它有一個非常低的飽和導通壓降，從而提高了整體的效率。第二點是引入了一個溝道柵技術，進一步減少了飽和導通壓降，因為飽和導通壓降是由載流子的濃度來決定，而引入溝道柵相當于為載流子引入了一個通道，使它的飽和導通壓將進一步減小，從而減小導通損耗。第三是引用了一個逆向導通型二極管，將這個二極管集成在IGBT里面可以大大減少它的體積。

目前這種逆向導通型IGBT有兩種封裝形勢，一種是IPAK封裝，另外是DPAK封裝，電流有4安、6安、10安和15安四個等級。它主要的特點就是有非常低的價格，還有節省空間。半導體器件它的成本主要取決于兩個方面，一個是它的晶圓，減少晶圓的數量，從兩個晶圓減少到一個晶圓可以減少成本。另外的話，這種T0220的封裝還有這種D2PARK封裝可以減少成IPARK封裝和DPARK封裝，同時減少封裝的成本，減少了封裝的話同樣會減少它的空間，但是減少了晶圓的話會不會對它的性能造成影響?首先我們來看一下，同樣它有一個非常低的飽和導通壓降，對它的性能絲毫沒有任何影響。另外可以通過改變門級驅動電阻，在寬范圍調節它的開通和關斷的時間，有一個非常好的EMI效果，非常平滑的開關波形，5us的短路保護能力，最高結溫可以達到175度。這個是這種逆向導通型IGBT的主要參數，這個是它的擊穿電壓，這個是它的電流，這是175度飽和導通壓降，這是開關的能力，這是短路保護的能力，這是它的門級驅動電壓，基本上對于一個200W的產品可以選擇4安的IGBT，600W的話可以選擇一個6安的，1000W可以選擇一個10安的，1500W的可以選擇15W的產品。

從功率密度來說如果選用這種小封裝的IPARK產品去取代TO220封裝的話，面積可以減少75%，高度可以減少49%。而用這種DPARK封裝產品的話，如果去取代D2PARK這種產品，它的面積可以減少63%，高度同樣可以減少到49%。

這是一個實際的PCP板上的IGBT的圖，我們看到如果用D2PARK的話，它兩顆的面積大概在2.5厘米，而如果使用DPARK封裝的話可以減少到1.5厘米左右，同時它跟IGBT模塊來相比的話可以節省0.5個美金的成本，所以對于一些消費類市場低成本的產品這個相當重要的。

總結一下IGBT的重要特點，一個是成本，因為它采用的是一個晶圓，所以它的成本有很大的優勢;另外因為減少了它的封裝，可以給PCB留下更多的空間，進一步提高產品的功率密度。同時它也有一個非常好的性能，非常低的飽和導通壓降，一個非常軟的開關特性對EMI非常有幫助，它還有一個很好的溫度特性，最高溫度可以達到175度。藍色曲線是逆向導通型IGBT和目前TO220封裝的飽和導通壓降的比較。這是用一個6安的產品在做比較，當這個電流在6安的時候可以看到飽和導通壓降非常的低。

衡量一個IGBT的好壞有兩個非常重要的指標，一個就是它的飽和導通壓降，就是Vce(sat)，另外一個就是開關損耗，也就是Eoff。對于低頻的應用來說，飽和導通壓降是占有絕對支配地位的，所以選擇這種RC-Drives的IGBT會是一個非常好的選擇，因為可以看到這種RC-Drives IGBT的飽和導通壓降是遠遠低于市面上的一些產品。這個是在一個無刷電機上面的損耗的分析。