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加速線上工具的功率級設(shè)計,助力IGBT特性分析功能提升

作者: 時間:2013-09-28 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
: 2; widows: 2; webkit-text-stroke-width: 0px">  此外,線上設(shè)計工具還可用于探索替代的解決方案,例如不采用散熱器的表面黏著技術(shù)。設(shè)計改版為指定表面黏著型DPAK封裝,而熱阻則設(shè)在40℃/W環(huán)境溫度,換言之,設(shè)計采用4?6OZ覆銅薄板,孔在IGBT下方,而其他的運作條件則全部相同。

  如圖4所示,線上設(shè)計工具提供兩個IGBT,功率耗散接近圖3列出的IGBT,但封裝和晶片尺寸都較小,所以其DPAK元件封裝較便宜,惟接合溫度可能稍高一些,但仍然保持在額定接合溫度以內(nèi)和印刷電路板(PCB)可承受范圍以內(nèi)。若將短路電流時間從10微秒減到5微秒(正好在典型電流感應(yīng)IC的回應(yīng)時間之內(nèi)),更將有助于找到其他可符合這種應(yīng)用需求,且成本更加合適的元件。

  加速線上工具的功率級設(shè)計,助力IGBT特性分析功能提升

  圖4 更改工具參數(shù)設(shè)定,可協(xié)助工程師選出更便宜的元件。

  圖5顯示工具中的兩個IGBT與圖4相同,再加上一個允許更低功率損耗和更低接合溫度的全新IGBT,這個更高效率的IGBT是一種新型的溝槽式(Trench)元件(IRGR4045DPbF),而其他兩個都采用平面(Planar)設(shè)計。

  加速線上工具的功率級設(shè)計,助力IGBT特性分析功能提升

  圖5 新一代IGBT具有極低的運作溫度,是達成設(shè)計關(guān)鍵。

  藉由最新版本的網(wǎng)路設(shè)計工具,設(shè)計人員可利用IGBT的性能比較,分析和了解更多IGBT的能力。勾選圖5中每個型號左邊欄位和點擊「電流與頻率對比圖表」按鈕后,即可制作出圖6中的曲線圖,依之前的數(shù)字顯示,電流和頻率是固定的。值得注意的是,在這一曲線圖中,當溫度有變動時,接合溫度是固定的,至于電流就是最終的結(jié)果。

  評估系統(tǒng)整體設(shè)計 找出性價平衡點

  如圖6所示,線上設(shè)計工具非常清楚整理出IGBT的傳導特性,其中第一個方案可在低頻率的情況下得到更多的電流,表現(xiàn)最優(yōu)異;還有一點非常清楚的是,載流性能隨著頻率的增加而下降的速度變快,這也表示切換的損耗變高。熟練的設(shè)計人員都知道,快速的切換經(jīng)常會導致電磁干擾(EMI)問題,并不會變成實質(zhì)的優(yōu)點,這種情況在馬達驅(qū)動應(yīng)用中尤其顯著。

  加速線上工具的功率級設(shè)計,助力IGBT特性分析功能提升

  圖6 透過電流與效率曲線可呈現(xiàn)IGBT導通和切換性能的關(guān)系,便于進行不同元件的比較。

  圖6中的表格也提供接合溫度和功率損耗的指標數(shù)字,根據(jù)首個畫面顯示的輸入,圖6的座標是在由最大值降低25℃的接合溫度下得出,第一個IGBT方案的額定溫度為175℃,而其他產(chǎn)品的額定溫度則為150℃,這也是該產(chǎn)品的曲線遠高于其他兩個IGBT的原因。

  實際上,PCB的設(shè)計限制將妨礙范例中用于馬達驅(qū)動的IGBT采更高額定溫度,然而,如圖5所示,新一代溝槽式IGBT在特定應(yīng)用中具有最低的運作溫度,這正是達成設(shè)計最佳化的關(guān)鍵,設(shè)計師不僅可省去PCB上的孔并采用4OZ銅板,從而去除一些物料清單(BOM)成本,還可用元件選擇器檢測到功率耗損和溫度造成的影響,將熱阻從40℃/W提升到50℃/W,并對結(jié)果進行檢測。

  此范例顯示出新版網(wǎng)路工具在協(xié)助設(shè)計人員評估其電源系統(tǒng)的整體性能,以及針對成本、效率和可靠度最佳化方面,都比以往的版本更可靠、更有效率。

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