高效率大功率T型三电平IGBT方案
日前，英飞凌在欧洲pcim上介绍了primepack+封装的全新产品，该产品基于最新的igbt7芯片技术，大幅提高了额定电流能力，并定义了全新的2300v芯片电压，适用于1500vdc系统。通过不同的拓扑结构和电压等级组合，有望成为下一代最佳性价比的mw级大功率t型三电平解决方案。
高效率、高可靠性——
大功率t型三电平igbt方案
当前光伏/储能/风电等应用中，单机功率需求越来越大；同时基于整机效率和电网友好考虑，三电平变换器也在逐渐成为新的主流方案。与此同时，在igbt模块开发时却常常面临一个棘手问题，如何通过最小化的产品型号满足不同电压等级和功率等级的需求。
如今，我们找到了最佳的方式：将t型三电平拆分为两个标准模块单元，内管为共集电极对管模块，外管为半桥结构的标准模块。选用不同电压的外管即可覆盖大多数的应用需求，且保持封装结构的一致性，如下图所示：
t型三电平方案示意图（左：横管，右：竖管）
大功率应用采用t型三电平的优势
1.导通损耗更低，整体效率更高
igbt芯片或二极管芯片的输出特性存在一个“knee voltage”，因此两个低压芯片的串联阻抗要大于单个高压芯片。从而t型三电平（npc2）的导通损耗较i型三电平（npc1）低，尤其在在1.5khz~4khz开关频率下，整体效率优势明显。
2.单一换流回路，方便调试优化
二极管钳位三电平（npc1）换流路径因功率因数而改变，长换流路径杂感较大，对igbt关断和二极管反向恢复都是很大挑战。t型三电平（npc2）只有单一换流回路，易于优化布局设计，改善开关波形，扩大安全工作区。
3.简化开关时序，及时故障保护
二极管钳位三电平（npc1）需要严格遵守开通时“先内后外”，和关断时（含故障保护）“先外后内”，否则内管极易因承受整个母线电压而过压损坏。t型三电平（npc2）无这些顾虑，可以放心开关操作且内管也可使用短路保护功能。
4.省去均压电阻，简化外围电路
i型三电平（npc1）在负载电流续流阶段，存在两个器件（t1/t2 或t3/t4）工作在串联模式，其静态分压由漏电流决定。而漏电流受内外管结温的影响。为消除此影响需要在内管额外并联电阻来强制分压，其损耗可高达10w以上。t型三电平（npc2）不需要此分压电阻，可以简化外围电路，节省物料成本。
5.损耗均匀，芯片面积利用最大化
三电平拓扑受工作模式的影响，芯片损耗分布不均而导致芯片整体有效利用率不高。t型三电平（npc2）多象限运行时换流路径相对固定，因此芯片利用率高于i型三电平（npc1）。
6.功率端子并联，降低封装内寄生电阻损耗，并提高载流能力
大功率应用中，igbt器件封装的内阻不可忽略。例如1000a有效值电流，在0.5mω的封装内阻上可产生数百瓦的损耗。此损耗不仅影响整机效率，也会导致铜排温升过高影响使用。t型三电平方案（npc2）采用igbt模块并联组合方式，整体内阻可降至i型三电平方案（npc1）的1/4，可降低寄生电阻损耗并提高载流能力。
典型组合方案
**来源于行业应用经验；若长期在高母线电压下工作，还需考虑宇宙射线引起的失效率问题。
q&a
q1
多个模块拼装的方式，会不会导致整体换流回路过长、杂感过大？
a1：primepack是低杂感封装结构，内部采用了铜排叠层方式连接各个dcb，芯片均匀分布。当组成t型三电平时，仍构成较小的回路面积，其换流路径杂散电感可实现30nh以内。需要注意的是：primepack组合方式芯片分布均匀，动静态均流较独立三电平封装更佳，利于提高大电流系统的鲁棒性。
q2
如果要添加snubber吸收电路的话，该如何放置？
a2：snubber吸收电容可进一步降低换流回路杂感，抑制震荡和减小尖峰，有利于扩充芯片安全工作区（在更高的直流电压下开关）。一般有两种方式，可根据实际应用来选择，如下图所示（方式1-用来降低换流杂感，方式2-重点保护外管过压）：
q3
在1000v系统中，内管使用1200v的芯片，效率方面是否比650v或750v芯片低？
a3：从半导体特性上看，高压芯片的确要比低压芯片导通压降略高。但基于第七代芯片技术的设计对此进行了优化，其igbt/diode芯片导通压降只有1.3v/1.6v，已经优于前代的650v/750v芯片，因此同一款器件可以适用于不同电压等级的方案中。
原文标题：高效率、高可靠性——大功率t型三电平igbt方案
文章出处：【微信公众号：英飞凌工业半导体】欢迎添加关注！文章转载请注明出处。
小米MIX2评测 想不火都难
烘培食品厂如何实现远程监控和故障报警
掌握技巧缩短PCB设计时间
Wowza：视频技术的未来—大趋势
圣邦微电子推出一款高精度、低噪声、大电流输出运放SGM8557H-1AQ
高效率大功率T型三电平IGBT方案
Wi-Fi 6传输范围广速度快，将成为新一代无线认证标准
固态电解质中锂驱动应力变化监测
欧盟出台政策围堵中国 半导体发展孤立无援
我国锂电行业机器视觉赛道的四种趋势
中国LED封装市场创新高 2021年可达768亿
Micro LED透明屏迅速蹿红，打造终端显示新体验
买一辆新能源车，你最关心什么问题呢？
浅谈雷军为何取消小米11随机附赠充电器？
相序保护器的特点_相序保护器的优势
小米34英寸曲面显示器进军海外，采用VA面板，1500R大曲率
智能化纸张在线检测设备的工作原理是怎样的
物联网怎样为智能家居助力
工业RFID读写器为何如此热门，它的优势是什么
能耗管理系统在商场中的应用
高效率、高可靠性——
大功率t型三电平igbt方案
当前光伏/储能/风电等应用中，单机功率需求越来越大；同时基于整机效率和电网友好考虑，三电平变换器也在逐渐成为新的主流方案。与此同时，在igbt模块开发时却常常面临一个棘手问题，如何通过最小化的产品型号满足不同电压等级和功率等级的需求。
如今，我们找到了最佳的方式：将t型三电平拆分为两个标准模块单元，内管为共集电极对管模块，外管为半桥结构的标准模块。选用不同电压的外管即可覆盖大多数的应用需求，且保持封装结构的一致性，如下图所示：
t型三电平方案示意图（左：横管，右：竖管）
大功率应用采用t型三电平的优势
1.导通损耗更低，整体效率更高
igbt芯片或二极管芯片的输出特性存在一个“knee voltage”，因此两个低压芯片的串联阻抗要大于单个高压芯片。从而t型三电平（npc2）的导通损耗较i型三电平（npc1）低，尤其在在1.5khz~4khz开关频率下，整体效率优势明显。
2.单一换流回路，方便调试优化
二极管钳位三电平（npc1）换流路径因功率因数而改变，长换流路径杂感较大，对igbt关断和二极管反向恢复都是很大挑战。t型三电平（npc2）只有单一换流回路，易于优化布局设计，改善开关波形，扩大安全工作区。
3.简化开关时序，及时故障保护
二极管钳位三电平（npc1）需要严格遵守开通时“先内后外”，和关断时（含故障保护）“先外后内”，否则内管极易因承受整个母线电压而过压损坏。t型三电平（npc2）无这些顾虑，可以放心开关操作且内管也可使用短路保护功能。
4.省去均压电阻，简化外围电路
i型三电平（npc1）在负载电流续流阶段，存在两个器件（t1/t2 或t3/t4）工作在串联模式，其静态分压由漏电流决定。而漏电流受内外管结温的影响。为消除此影响需要在内管额外并联电阻来强制分压，其损耗可高达10w以上。t型三电平（npc2）不需要此分压电阻，可以简化外围电路，节省物料成本。
5.损耗均匀，芯片面积利用最大化
三电平拓扑受工作模式的影响，芯片损耗分布不均而导致芯片整体有效利用率不高。t型三电平（npc2）多象限运行时换流路径相对固定，因此芯片利用率高于i型三电平（npc1）。
6.功率端子并联，降低封装内寄生电阻损耗，并提高载流能力
大功率应用中，igbt器件封装的内阻不可忽略。例如1000a有效值电流，在0.5mω的封装内阻上可产生数百瓦的损耗。此损耗不仅影响整机效率，也会导致铜排温升过高影响使用。t型三电平方案（npc2）采用igbt模块并联组合方式，整体内阻可降至i型三电平方案（npc1）的1/4，可降低寄生电阻损耗并提高载流能力。
典型组合方案
**来源于行业应用经验；若长期在高母线电压下工作，还需考虑宇宙射线引起的失效率问题。
q&a
q1
多个模块拼装的方式，会不会导致整体换流回路过长、杂感过大？
a1：primepack是低杂感封装结构，内部采用了铜排叠层方式连接各个dcb，芯片均匀分布。当组成t型三电平时，仍构成较小的回路面积，其换流路径杂散电感可实现30nh以内。需要注意的是：primepack组合方式芯片分布均匀，动静态均流较独立三电平封装更佳，利于提高大电流系统的鲁棒性。
q2
如果要添加snubber吸收电路的话，该如何放置？
a2：snubber吸收电容可进一步降低换流回路杂感，抑制震荡和减小尖峰，有利于扩充芯片安全工作区（在更高的直流电压下开关）。一般有两种方式，可根据实际应用来选择，如下图所示（方式1-用来降低换流杂感，方式2-重点保护外管过压）：
q3
在1000v系统中，内管使用1200v的芯片，效率方面是否比650v或750v芯片低？
a3：从半导体特性上看，高压芯片的确要比低压芯片导通压降略高。但基于第七代芯片技术的设计对此进行了优化，其igbt/diode芯片导通压降只有1.3v/1.6v，已经优于前代的650v/750v芯片，因此同一款器件可以适用于不同电压等级的方案中。
原文标题：高效率、高可靠性——大功率t型三电平igbt方案
文章出处：【微信公众号：英飞凌工业半导体】欢迎添加关注！文章转载请注明出处。
小米MIX2评测 想不火都难
烘培食品厂如何实现远程监控和故障报警
掌握技巧缩短PCB设计时间
Wowza：视频技术的未来—大趋势
圣邦微电子推出一款高精度、低噪声、大电流输出运放SGM8557H-1AQ
高效率大功率T型三电平IGBT方案
Wi-Fi 6传输范围广速度快，将成为新一代无线认证标准
固态电解质中锂驱动应力变化监测
欧盟出台政策围堵中国 半导体发展孤立无援
我国锂电行业机器视觉赛道的四种趋势
中国LED封装市场创新高 2021年可达768亿
Micro LED透明屏迅速蹿红，打造终端显示新体验
买一辆新能源车，你最关心什么问题呢？
浅谈雷军为何取消小米11随机附赠充电器？
相序保护器的特点_相序保护器的优势
小米34英寸曲面显示器进军海外，采用VA面板，1500R大曲率
智能化纸张在线检测设备的工作原理是怎样的
物联网怎样为智能家居助力
工业RFID读写器为何如此热门，它的优势是什么
能耗管理系统在商场中的应用