供應英飛凌FP25R12KT3/FP40R12KT3/FP50R12KT3/FP75R12KT3 IGBT模塊

型號:FP25R12KT3/FP40R12KT3/FP50R12KT3/FP75R12KT3
廠家:英飛凌（Infineon）
特性:PIM模塊（功率集成模塊:三相橋 + 七單元 + 溫度傳感器）
相關(guān)知識:
 
ＩＧＢＴ模塊在并聯(lián)時的降額必然性問題同器件的工藝問題一樣是一個老問題了。在試圖回答該問題時，工程師們通常會很快地發(fā)現(xiàn)自己處在一個兩難的位置上。過去，人們針對該問題提出了一些考慮統(tǒng)計因素的方法，但是到目前為止，仍然沒有人可以回答這樣的關(guān)鍵問題，即如果降額低于zui差情況分析方法所建議的降額時，超出器件限值的概率有多大?，F(xiàn)在，英飛凌公司推出的蒙特卡羅模擬工具可以給出這方面的信息。

　　之前采用的方法（zui壞情況分析方法）

　　并聯(lián)開關(guān)ＩＧＢＴ模塊的參數(shù)浮動會導致電流不平衡，從而使得不同模塊的工作溫度不一致。問題是同簡單工作模式相比，模塊可以在何種程度上實現(xiàn)并聯(lián)工作。

　　比如“zui壞情況分析方法”等以前的方法是根據(jù)產(chǎn)品手冊中的zui大值計算得出降額系數(shù)，從而確定并聯(lián)并非一個好主意。

　　如圖１所示，以下這個例子給出了在給定總電流為７００Ａ時，計算五個并聯(lián)的ＦＦ２００Ｒ１２ＫＴ３模塊的ＤＣ電流不平衡度的過程。其中，每個模塊的環(huán)境參數(shù)為：ＵＤＣ＝?。叮埃埃?，ＩＲＭＳ＝１４０Ａ，ｆＭｏｔｏｒ＝　５０Ｈｚ，ｆｓｗ＝?。叮担埃埃龋?，以及ｃｏｓφ＝?。埃梗绻械哪K都地具有產(chǎn)品手冊所給出的典型靜態(tài)和動態(tài)參數(shù)，那么計算得到的工作溫度為ＴＪ＝１１４℃。 　　圖１　　五個并聯(lián)的FP75R12KT3模塊

　　假設(shè)所有模塊都在zui高額定限值條件下工作，并且施加飽和電壓，那么結(jié)溫將提高８℃到１２２℃。

　　下面，我們用所謂的“zui差情況”方法進行分析。

　　如圖２所示，一個模塊（類別１）工作在典型飽和電壓下，而其他四個模塊（類別２）工作在zui高限值條件下。 　　圖２　　飽和電壓柱狀圖

　　具有典型飽和電壓的模塊（類別２）的工作電流為１９７Ａ．在開關(guān)條件下的zui高結(jié)溫將超過１０℃到１３５℃。而在zui高限值條件下的模塊結(jié)溫為１１９℃，電流為１２６Ａ．這些數(shù)據(jù)表明，在zui差假設(shè)情況下的并聯(lián)僅僅存在降額可能性。但這是否必然發(fā)生？降額的可能性有多大？下面的分析將給出這些問題的答案。 FP25R12KT3/FP40R12KT3/FP50R12KT3/FP75R12KT3

　　蒙特卡洛方法

　　蒙特卡羅方法使得觀察所有效應成為可能，這是通過對大量具有不同參數(shù)的器件樣品進行模擬來實現(xiàn)的。這種方法的基礎(chǔ)是隨機數(shù)?？梢岳幂啽P賭模型生成這些隨機數(shù)。

　　英飛凌的蒙特卡羅模擬工具（如圖３所示）可以為ｎ個并聯(lián)模塊中的每一個模塊生成一組參數(shù)。 　　圖３　?。蹋幔猓郑桑牛字械哪M程序：用戶界面

　　下面的語句按步驟描述了蒙特卡羅模擬的基本過程。

　　*步驟計算隨機選擇的通態(tài)電壓下的均流。在接下來的模擬步驟中，程序?qū)⒃诿總€模塊計算得到的電流中加上開關(guān)損失。隨后，通過將進一步計算得到的損失與模塊的Ｒｔｈ相乘得到結(jié)溫。

　　zui后一步是對計算得到的結(jié)溫進行通態(tài)和開關(guān)損失調(diào)整。

　　蒙特卡羅模擬工具將重復執(zhí)行這四個步驟，直到每一個模塊的結(jié)溫都集中為某一特定值為止。圖４所示的流程圖給出了一個隨機模塊配置的損失計算過程。 　　圖４　　隨機模塊配置的損失計算原理

　　上面所給出的計算流程被用于處理每一個生成的模塊配置，并且利用這個迭代方法得到溫度同所有的參數(shù)之間的依賴關(guān)系。

　　參數(shù)變化

　　在模擬過程中必須考慮到眾多的參數(shù)以及它們的分布，以使得模擬盡可能地接近實際情況。

　　對于電流不平衡度，ＶＣＥｓａｔ值是適當?shù)妮斎雲(yún)?shù)。ＶＣＥｓａｔ的變化可以從zui終測試數(shù)據(jù)中獲知。圖２給出了一個１２００Ｖ?。桑牵拢裕承酒牡湫惋柡碗妷褐鶢顖D。
　　并聯(lián)模塊之間溫度差異的深層原因則是因為并聯(lián)模塊在開關(guān)過程中是不平衡的FP25R12KT3 FP40R12KT3 FP50R12KT3 FP75R12KT3。
　　有兩個主要原因造成了這些不對稱，首先是芯片參數(shù)的變化（如輸入電容的變化，ＶＧＥｔｈ的變化等），另外是系統(tǒng)參數(shù)的變化（如門驅(qū)動器階段參數(shù)的變化等）。
　　根據(jù)實驗室特征化測試結(jié)果，導通和關(guān)斷損失的統(tǒng)計標準方差值確定為典型值的５％￣７％．除了關(guān)斷損失的統(tǒng)計變化之外，在Ｅｏｆｆ和ＶＣＥｓａｔ之間還存在一個系統(tǒng)折衷關(guān)系。飽和電壓越小，ＩＧＢＴ芯片的關(guān)斷損失就越大，反之亦然。在蒙特卡羅模擬工具也實現(xiàn)了這個折衷函數(shù)。
　　如前所述，系統(tǒng)的參數(shù)變化也會影響到導通損失。當門驅(qū)動器的參數(shù)變化的影響超過了芯片參數(shù)變化的影響時，就必須考慮這些參數(shù)變化。這可能包括光電耦合器的延遲和轉(zhuǎn)換時間參數(shù)的浮動或者是門驅(qū)動輸入阻抗參數(shù)的浮動。
　　在許多情況下，器件中的系統(tǒng)不平衡的影響將大大超過統(tǒng)計浮動的影響。這些不平衡可能由電流路徑中的非均勻電阻或者非均勻寄生電感特別是雜散電感造成的。
　　為了在蒙特卡羅模擬中得到的結(jié)果，很有必要得到關(guān)于實際設(shè)備中的系統(tǒng)不平衡的所有信息。獲取或者知道越多的設(shè)備參數(shù)，所得到的ＰＰＭ聲明的度也就越高。
　　模擬結(jié)果
　　根據(jù)模擬所得到的結(jié)果，可以生成器件電流和結(jié)溫的分布函數(shù)?！≈鶢顖D給出了對例子中的五個并聯(lián)FP75R12KT3模塊進行４００００次模擬所得到的蒙特卡羅模擬結(jié)果。*個柱狀圖（圖５）給出了５個模塊中的zui高溫度分布情況。圖６則給出了所有五個模塊的箱線圖以及它們各自的zui高溫度分布情況。
　?。校校吐暶?
　　利用模擬所得到的結(jié)果，可以回答諸如此類的問題：在什么樣的配置ｐｐｍ率下，將會超過zui高的結(jié)溫？這個聲明對于客戶而言是十分有用的，它可以幫助客戶針對其應用選擇適當?shù)哪K。模擬計算所得到的zui高結(jié)溫分布是一個對數(shù)正態(tài)分布（如圖７所示）。 　

　　利用這個函數(shù)和相應的標準方差，可以一個超過結(jié)溫的配置ｐｐｍ率。

　　基于zui初的計算，可以預測超過zui高結(jié)溫限值（在給出的例子中為ＴＪ＝１２５℃）的并聯(lián)ＩＧＢＴ模塊的ｐｐｍ率為０．５６ｐｐｍ．而zui差情況計算得到的結(jié)果僅僅是zui高結(jié)溫值可能達到１３５℃。

　　結(jié)語

　　利用并聯(lián)ＩＧＢＴ模塊的蒙特卡羅模擬方法，可以基于器件中的隨機模塊參數(shù)和系統(tǒng)不平衡度計算出電流不平衡度，開關(guān)損失以及結(jié)溫。

　　基于這些結(jié)果，就有可能計算超過zui高結(jié)溫的期望ｐｐｍ率。

　　在所給出的例子中，zui差情況分析結(jié)果僅僅表明zui高結(jié)溫可能達到１３５℃。而蒙特卡羅分析則提供更詳細的信息，每百萬個模塊中只有０．５６個模塊會超過ＩＧＢＴ的溫度限值。轉(zhuǎn)換器的開發(fā)人員可以利用這些信息來確定轉(zhuǎn)換器中可采用的模塊類型。