IGBT7与IGBT4在伺服驱动器中的对比测试
品慧电子讯IGBT7作为英飞凌最新一代IGBT技术平台，它与IGBT4的性能对比一直是工程师关心的问题。本文通过FP35R12W2T4与 FP35R12W2T7在同一平台伺服驱动中的测试，得到了相同工况下IGBT4与IGBT7的结温对比。实验结果表明，在连续大功率负载工况与惯量盘负载工况的对比测试中，IGBT7的结温均低于IGBT4。
伺服驱动系统响应速度快，过载倍数高，小型化和高功率密度的趋势更是对功率器件提出了更苛刻的要求。英飞凌明星产品IGBT7凭借超低导通压降、dv/dt可控、175℃过载结温、完美契合伺服驱动器的所有需求。英飞凌—晶川—迈信联合研发基于IGBT7的伺服驱动完整解决方案，可显著提高功率密度。驱动芯片采用英飞凌无磁芯变压器1EDI20I12MH。因为IGBT7独特的电容结构，不易寄生导通，因此可以使用单电源设计，最大程度上简化了驱动设计。主控MCU采用XMC4700/4800，电机位置检测采用TLE5109，实现转速与位置的精准控制。
伺服驱动样机
伺服驱动功率板
伺服驱动控制板
为了对比IGBT4与IGBT7在伺服驱动中的表现，我们使用了同一平台的两台伺服驱动，分别搭载PIN脚布局相同的FP35R12W2T4与FP35R12W2T7，在相同dv/dt条件下（dv/dt=5600V/us），进行测试。
我们设计了两种典型工况对比方案，来对比IGBT4与IGBT7在相同的工况下的结温，分别是连续大负载对比测试与惯量负载对比测试。待测IGBT模块内的IGBT芯片上预埋热电偶，通过将热电偶连接数据采集仪，可以直接读出IGBT芯片结温。
连续大负载对比测试
● 加载采用两台电机对拖，被测电机系统工作于电动状态，负载电机系统工作于发电状态；
● 分别采用基于IGBT4和IGBT7的驱动器驱动被测电机，两台驱动器每次加载的开关频率、输出电流/功率一样；
● 采用功率分析仪测试驱动器的输入功率、输出功率，计算驱动器的损耗和效率。
连续大负载对比测试平台
下图是连续大负载工况下的IGBT4与IGBT7结温对比。
从中可以看出，在8K开关频率下加载13分钟，IGBT7和IGBT4的结温差17℃。随着加载时间的延长，结温差还处于上升趋势。
我们还对比了不同开关频率、同样输出功率（5.8KVA）情况下，IGBT7和IGBT4的温升对比，如下图所录。横轴是IGBT的开关频率；左边的纵轴是NTC温度与初始温度相比的温升。右边的纵轴是IGBT4和IGBT7的温升差。随着开关频率的提高，IGBT7和IGBT4的NTC温升变大；10K开关频率下，IGBT7的NTC温升比IGBT4降低19℃。可以看到。由于IGBT7可以工作更高的结温，因此可以实现更大输出功率，实现功率跳档。
惯量负载对比测试
● 两台分别装载IGBT4与IGBT7，电机带相同的惯量盘负载，转速从1500转/分钟到-1500转/分钟的时间为250毫秒，稳速运行时间1.2s。稳速运行工况下，相输出电流小于0.5A；因此此测试工况的平均功率比较小。
● 电机散热条件相同，开关频率8kHz。
惯量负载测试平台
惯量盘负载测试工况
测得结温曲线如下：
可以看出，在带惯量盘加减速运行工况下，IGBT7的结温低于IGBT4。运行13分钟后驱动器温升还没有达到平衡状态，此时结温相差约7℃。
最后我们对这部分测试做一个总结：
● 输出同样的功率，采用IGBT7的驱动器结温明显降低，允许缩小散热器的体积，从而驱动器尺寸可以缩小；
● 如果同样的散热条件，采用IGBT7则可以输出更大的功率，实现功率跳档；
● 再加上IGBT7可以工作在更高的结温，因此可以输出更大的功率。
来源：英飞凌工业半导体
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