【導讀】變頻器是各行業(yè)中至關(guān)重要的節(jié)能設(shè)備，ABB傳動一直致力于用先進的產(chǎn)品和技術(shù)，創(chuàng)新的解決方案為客戶創(chuàng)造價值，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(shè)計的最新一代變頻器產(chǎn)品，它體積小巧，使用方便，穩(wěn)定可靠，應(yīng)用廣泛，具有很高的性價比，是各種緊湊型設(shè)備的可靠之選。
ACS180 400V電壓等級的R0至R2框架均使用了來自英飛凌的IGBT7技術(shù)。以ACS180-04x-17A0-4型號為例，得益于新技術(shù)的應(yīng)用，其功率密度再上一個臺階。
ACS180-04x-17A0-4變頻器主要參數(shù)
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產(chǎn)品。
額定電流IN=17.0A(連續(xù)輸出時的額定電流)；
PId=7.5kW，ILD=16.2A(每10分鐘可承受1分鐘110%過載) ；
Phd=5.5kW，IHD=12.6A(每10分鐘可承受1分鐘150%過載)；
Imax=22.7A (啟動時可輸出2秒鐘)。
用做5.5kW重載應(yīng)用時，工作的環(huán)境溫度為50℃以下無需降額, 90%額定電流可運行在60℃。且內(nèi)部集成滿足IEC61800-3（可調(diào)速電力驅(qū)動系統(tǒng).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是變頻器實現(xiàn)電能轉(zhuǎn)換的核心元件，它仿佛一雙強有力的手，控制著電流的開通，和關(guān)斷。如果這雙手臂力氣大，消耗少，無疑將會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(jié)構(gòu)及間距也經(jīng)過精心設(shè)計，并且優(yōu)化了寄生電容參數(shù)，從而實現(xiàn)5kv/us下的最佳開關(guān)性能。
在現(xiàn)代功率半導體器件中，提高開關(guān)速度、開關(guān)頻率和功率密度是大勢所趨。然而，由于不同具體應(yīng)用對器件性能需求有差異。就電機驅(qū)動應(yīng)用特性而言，由于電機和電纜的固有隔離，開關(guān)斜率（dv/dt）通常被限制在2-10kV/μs的范圍內(nèi)，典型目標為5kV/μs。此外，用戶采用的典型開關(guān)頻率（fSW）也低于8kHz。這意味著，對電機驅(qū)動而言，降低靜態(tài)損耗成為了功率半導體的發(fā)展重點，快速開關(guān)和高開關(guān)頻率需求的重要性有所減弱，開關(guān)損耗變得次要了。針對上述需求，IGBT7進行了精心的優(yōu)化。主要體現(xiàn)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，同時關(guān)斷損耗仍舊與IGBT4維持在同一個水平。如下圖所示，T7相比前代器件而言，其折衷曲線進一步逼近理想原點。
02 可調(diào)dv/dt
不同于IGBT4等主流器件，IGBT7里的溝槽有多種形式：其中最常見的是作為有源柵極使用。其次，MPT結(jié)構(gòu)還能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)射極溝槽和偽柵極，兩者都是無效溝槽。這三種溝槽的數(shù)量決定了IGBT7的可控性，使得開通和關(guān)斷的dv/dt在很大范圍內(nèi)都可以通過門極電阻進行調(diào)節(jié)，并且在變頻器典型dv/dt范圍內(nèi)（2-10kV/μs），實現(xiàn)最低的損耗。
03 175°C最大工作結(jié)溫
基于優(yōu)化功率模塊設(shè)計，IGBT7將暫態(tài)的最高允許結(jié)溫（Tj）提高至175°C時，比IGBT4提高了25℃,能夠滿足實際應(yīng)用的過載運行需求。過載工況定義如下：
● 持續(xù)工作結(jié)溫 Tj ≤ 150 °C
● 重復過載結(jié)溫 Tj ≤ 175 °C ，過載時間 t1 ≤ 60 s
● 過載占空比 D=t1/T ≤ 20%
由此我們可以看到，IGBT7能給變頻器帶來如下益處：
提升逆變器的輸出電流
IGBT7極低的飽和導通電壓，意味著使用相同規(guī)格的IGBT4與IGBT7時，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(guī)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(jié)溫高（過載結(jié)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助力變頻器實現(xiàn)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。
作者：英飛凌集成電路(北京)有限公司：趙佳，北京ABB電氣傳動系統(tǒng)有限公司: 賈一然，李君峰
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