【導讀】變頻器是各行業(yè)中至關(guān)重要的節能設備，ABB傳動(dòng)一直致力于用先進(jìn)的產(chǎn)品和技術(shù)，創(chuàng )新的解決方案為客戶(hù)創(chuàng )造價(jià)值，提高生產(chǎn)效能水平，助力變頻器產(chǎn)業(yè)升級。
ACS180緊湊型變頻器是ABB北京設計的最新一代變頻器產(chǎn)品，它體積小巧，使用方便，穩定可靠，應用廣泛，具有很高的性?xún)r(jià)比，是各種緊湊型設備的可靠之選。
ACS180 400V電壓等級的R0至R2框架均使用了來(lái)自英飛凌的IGBT7技術(shù)。以ACS180-04x-17A0-4型號為例，得益于新技術(shù)的應用，其功率密度再上一個(gè)臺階。
ACS180-04x-17A0-4變頻器主要參數
變頻器尺寸: 202mm(高度)x120mm(寬度)x143mm(深度)，大大低于友商同功率的同類(lèi)產(chǎn)品。
額定電流IN=17.0A(連續輸出時(shí)的額定電流)；
PId=7.5kW，ILD=16.2A(每10分鐘可承受1分鐘110%過(guò)載) ；
Phd=5.5kW，IHD=12.6A(每10分鐘可承受1分鐘150%過(guò)載)；
Imax=22.7A (啟動(dòng)時(shí)可輸出2秒鐘)。
用做5.5kW重載應用時(shí)，工作的環(huán)境溫度為50℃以下無(wú)需降額, 90%額定電流可運行在60℃。且內部集成滿(mǎn)足IEC61800-3（可調速電力驅動(dòng)系統.第3部分:電磁兼容性(EMC)要求和特定試驗法）的C3等級的EMC濾波器。
ACS180是如何做到“小身材，大能量”的呢？這得益于不斷發(fā)展的IGBT技術(shù)。
IGBT是變頻器實(shí)現電能轉換的核心元件，它仿佛一雙強有力的手，控制著(zhù)電流的開(kāi)通，和關(guān)斷。如果這雙手臂力氣大，消耗少，無(wú)疑將會(huì )大大減小變頻器的體積，增加變頻器的效率。
此款ACS180采用的IGBT是FP25R12W1T7，這是一款1200V/25A的IGBT模塊，芯片采用的是英飛凌最新一代IGBT7技術(shù)。與目前市場(chǎng)上主流的IGBT4技術(shù)不同，IGBT7采用更加精細化的MPT微溝槽柵技術(shù)，溝道密度更高，芯片厚度更薄，元胞結構及間距也經(jīng)過(guò)精心設計，并且優(yōu)化了寄生電容參數，從而實(shí)現5kv/us下的最佳開(kāi)關(guān)性能。
在現代功率半導體器件中，提高開(kāi)關(guān)速度、開(kāi)關(guān)頻率和功率密度是大勢所趨。然而，由于不同具體應用對器件性能需求有差異。就電機驅動(dòng)應用特性而言，由于電機和電纜的固有隔離，開(kāi)關(guān)斜率（dv/dt）通常被限制在2-10kV/μs的范圍內，典型目標為5kV/μs。此外，用戶(hù)采用的典型開(kāi)關(guān)頻率（fSW）也低于8kHz。這意味著(zhù)，對電機驅動(dòng)而言，降低靜態(tài)損耗成為了功率半導體的發(fā)展重點(diǎn)，快速開(kāi)關(guān)和高開(kāi)關(guān)頻率需求的重要性有所減弱，開(kāi)關(guān)損耗變得次要了。針對上述需求，IGBT7進(jìn)行了精心的優(yōu)化。主要體現在：
01 更低損耗
因為更薄的芯片厚度和優(yōu)化的載流子分布，IGBT大幅降低了器件的損耗，飽和壓降相比IGBT4降低了20%，例如FP25R12W2T7的Vce(sat)@25℃僅有1.6V，同時(shí)關(guān)斷損耗仍舊與IGBT4維持在同一個(gè)水平。如下圖所示，T7相比前代器件而言，其折衷曲線(xiàn)進(jìn)一步逼近理想原點(diǎn)。
02 可調dv/dt
不同于IGBT4等主流器件，IGBT7里的溝槽有多種形式：其中最常見(jiàn)的是作為有源柵極使用。其次，MPT結構還能夠實(shí)現發(fā)射極溝槽和偽柵極，兩者都是無(wú)效溝槽。這三種溝槽的數量決定了IGBT7的可控性，使得開(kāi)通和關(guān)斷的dv/dt在很大范圍內都可以通過(guò)門(mén)極電阻進(jìn)行調節，并且在變頻器典型dv/dt范圍內（2-10kV/μs），實(shí)現最低的損耗。
03 175°C最大工作結溫
基于優(yōu)化功率模塊設計，IGBT7將暫態(tài)的最高允許結溫（Tj）提高至175°C時(shí)，比IGBT4提高了25℃,能夠滿(mǎn)足實(shí)際應用的過(guò)載運行需求。過(guò)載工況定義如下：
● 持續工作結溫 Tj ≤ 150 °C
● 重復過(guò)載結溫 Tj ≤ 175 °C ，過(guò)載時(shí)間 t1 ≤ 60 s
● 過(guò)載占空比 D=t1/T ≤ 20%
由此我們可以看到，IGBT7能給變頻器帶來(lái)如下益處：
提升逆變器的輸出電流
IGBT7極低的飽和導通電壓，意味著(zhù)使用相同規格的IGBT4與IGBT7時(shí)，使用IGBT7的逆變器損耗更低，從而能輸出更大的電流；或者采用比IGBT4模塊規格更小的IGBT7模塊，使逆變器輸出相同的電流。
如下圖所示，25A Easy2B的IGBT7可以比25A Easy2B的IGBT4提升35%的輸出電流，而25A Easy1B的IGBT7也可以比25A Easy2B的IGBT4提升16%的輸出電流。
提升逆變器的功率密度
IGBT7的損耗低，結溫高（過(guò)載結溫最高175℃），因此可以大大的減少散熱器的尺寸。以典型條件的對比，25A Easy2B的IGBT7能夠比25A Easy2B的IGBT4減小40%的散熱器體積。
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從穿通型IGBT到場(chǎng)截止型IGBT，從平面柵到溝槽柵，又從溝槽柵到精細化溝槽柵，一代又一代不斷優(yōu)化 IGBT助力變頻器實(shí)現更低功耗與更小體積，追求低碳高效的路上我們從不停歇，讓我們同生活，共未來(lái)。
作者：英飛凌集成電路(北京)有限公司：趙佳，北京ABB電氣傳動(dòng)系統有限公司: 賈一然，李君峰
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