加速线上工具的功率级设计,助力IGBT特性分析功能提升
在图6的机制中,在持续电流模式下,计算运作周期到一半时的功率损耗,在这种运作模式下,与IGBT封装在一起的二极体并不导电,但后补二极体会导电,功耗却没有在计算范围内。
由于二极体不导电,因此针对上面零件所计算出的接合温度,在形式上仍是正确的,但计算表格未能完整反应出实际应用的情况,因导通周期可能更高或更低,而功率耗损会相对产生变化。
为克服此一限制,国际整流器正投入开发应用专用工具,让设计人员可考虑在设计中加入大量额外的因素,例如不同调变策略的影响,以及马达驱动器中的IGBT在马达电流周期的一半就导电,而在周期的另一半则为其中的二极体导电。专门为马达驱动设计的工具即可充分考虑所有这些因素,同时不会忽略环境温度,它将根据使用者所输入的调变指数和功率因数来计算导通周期。
由于热量不会以线性方式从一个点流向另一个点,而是根据热的差异,朝向不同的方向流动,因此不能根据热阻数量正确定义出散热环境的特性;因应此一特性,设计工具也须进一步改良,根据散热器或接合温度等资料,提供三维(3D)温度分布方案。
目前市面上已有针对汽车等特定应用领域开发的有限元分析(FEA)引擎工具,可精确模拟热环境,而未来的挑战则在于如何建置一套适合各种应用的散热器模型,故线上设计工具的功能演进方向可望朝模型标准化发展,使其更适用于一般系统设计。
整体而言,新一代沟槽式IGBT等功率半导体技术,虽可缩减系统尺寸和成本,同时提高效率和增强可靠性,但时间压力会让设计人员无法探索新的机会,甚至会让旧式设计一再应用,结果会使终端产品未能达到最高性能。
对此,新一代线上设计工具在加速功率级设计方面将非常有效率,并可协助设计人员在新产品设计中发挥最新技术的优势。
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