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IGBT7與IGBT4在伺服驅動器中的對比測試

發布時間:2021-10-28 來源:英飛凌 責任編輯:wenwei

【導讀】IGBT7作為英飛凌最新一代IGBT技術平臺,它與IGBT4的性能對比一直是工程師關心的問題。本文通過FP35R12W2T4與 FP35R12W2T7在同一平臺伺服驅動中的測試,得到了相同工況下IGBT4與IGBT7的結溫對比。實驗結果表明,在連續大功率負載工況與慣量盤負載工況的對比測試中,IGBT7的結溫均低于IGBT4。


伺服驅動系統響應速度快,過載倍數高,小型化和高功率密度的趨勢更是對功率器件提出了更苛刻的要求。英飛凌明星產品IGBT7憑借超低導通壓降、dv/dt可控、175℃過載結溫、完美契合伺服驅動器的所有需求。英飛凌—晶川—邁信聯合研發基于IGBT7的伺服驅動完整解決方案,可顯著提高功率密度。驅動芯片采用英飛凌無磁芯變壓器1EDI20I12MH。因為IGBT7獨特的電容結構,不易寄生導通,因此可以使用單電源設計,最大程度上簡化了驅動設計。主控MCU采用XMC4700/4800,電機位置檢測采用TLE5109,實現轉速與位置的精準控制。


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伺服驅動樣機


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伺服驅動功率板


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伺服驅動控制板


為了對比IGBT4與IGBT7在伺服驅動中的表現,我們使用了同一平臺的兩臺伺服驅動,分別搭載PIN腳布局相同的FP35R12W2T4與FP35R12W2T7,在相同dv/dt條件下(dv/dt=5600V/us),進行測試。


我們設計了兩種典型工況對比方案,來對比IGBT4與IGBT7在相同的工況下的結溫,分別是連續大負載對比測試與慣量負載對比測試。待測IGBT模塊內的IGBT芯片上預埋熱電偶,通過將熱電偶連接數據采集儀,可以直接讀出IGBT芯片結溫。


連續大負載對比測試


●     加載采用兩臺電機對拖,被測電機系統工作于電動狀態,負載電機系統工作于發電狀態;

●     分別采用基于IGBT4和IGBT7的驅動器驅動被測電機,兩臺驅動器每次加載的開關頻率、輸出電流/功率一樣;

●     采用功率分析儀測試驅動器的輸入功率、輸出功率,計算驅動器的損耗和效率。


4.jpg連續大負載對比測試平臺


下圖是連續大負載工況下的IGBT4與IGBT7結溫對比。


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從中可以看出,在8K開關頻率下加載13分鐘,IGBT7和IGBT4的結溫差17℃。隨著加載時間的延長,結溫差還處于上升趨勢。


我們還對比了不同開關頻率、同樣輸出功率(5.8KVA)情況下,IGBT7和IGBT4的溫升對比,如下圖所錄。橫軸是IGBT的開關頻率;左邊的縱軸是NTC溫度與初始溫度相比的溫升。右邊的縱軸是IGBT4和IGBT7的溫升差。隨著開關頻率的提高,IGBT7和IGBT4的NTC溫升變大;10K開關頻率下,IGBT7的NTC溫升比IGBT4降低19℃??梢钥吹?。由于IGBT7可以工作更高的結溫,因此可以實現更大輸出功率,實現功率跳檔。


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慣量負載對比測試


●     兩臺分別裝載IGBT4與IGBT7,電機帶相同的慣量盤負載,轉速從1500轉/分鐘到-1500轉/分鐘的時間為250毫秒,穩速運行時間1.2s。穩速運行工況下,相輸出電流小于0.5A;因此此測試工況的平均功率比較小。

●     電機散熱條件相同,開關頻率8kHz。


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慣量負載測試平臺


1635244988658397.png

慣量盤負載測試工況


測得結溫曲線如下:


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可以看出,在帶慣量盤加減速運行工況下,IGBT7的結溫低于IGBT4。運行13分鐘后驅動器溫升還沒有達到平衡狀態,此時結溫相差約7℃。


最后我們對這部分測試做一個總結:


●     輸出同樣的功率,采用IGBT7的驅動器結溫明顯降低,允許縮小散熱器的體積,從而驅動器尺寸可以縮??;

●     如果同樣的散熱條件,采用IGBT7則可以輸出更大的功率,實現功率跳檔;

●     再加上IGBT7可以工作在更高的結溫,因此可以輸出更大的功率。


來源:英飛凌工業半導體



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