ABB采用IGBT7的新一代高功率密度變頻器ACS180系列

發布時間：2023-03-09 11:18:21來源：undefined

變頻器是各行業中至關重要的節能設備，ABB傳動一直致力于用先進的產品和技術，創新的解決方案為客戶創造價值，提高生產效能水平，助力變頻器產業升級。

ACS180緊湊型變頻器是ABB北京設計的最新一代變頻器產品，它體積小巧，使用方便，穩定可靠，應用廣泛，具有很高的性價比，是各種緊湊型設備的可靠之選。

ACS180 400V電壓等級的R0至R2框架均使用了來自英飛凌的IGBT7技術。以ACS180-04x-17A0-4型號為例，得益于新技術的應用，其功率密度再上一個臺階。

ACS180-04x-17A0-4變頻器

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產品。

額定電流IN=17.0A(連續輸出時的額定電流)；

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重載應用時，工作的環境溫度為50℃以下無需降額, 90%額定電流可運行在60℃。且內部集成滿足IEC61800-3（可調速電力驅動系統.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？這得益于不斷發展的IGBT技術。

IGBT是變頻器實現電能轉換的核心元件，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。與目前市場上主流的IGBT4技術不同，IGBT7采用更加精細化的MPT微溝槽柵技術，溝道密度更高，芯片厚度更薄，元胞結構及間距也經過精心設計，并且優化了寄生電容參數，從而實現5kv/us下的最佳開關性能。

了解FP25R12W1T7數據手冊及仿真工具：FP25R12W1T7 | 1200 V 25 A PIM IGBT模塊 - Infineon Technologies

在現代功率半導體器件中，提高開關速度、開關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。就電機驅動應用特性而言，由于電機和電纜的固有隔離，開關斜率（dv/dt）通常被限制在2-10kV/μs的范圍內，典型目標為5kV/μs。此外，用戶采用的典型開關頻率（fSW）也低于8kHz。這意味著，對電機驅動而言，降低靜態損耗成為了功率半導體的發展重點，快速開關和高開關頻率需求的重要性有所減弱，開關損耗變得次要了。針對上述需求，IGBT7進行了精心的優化。主要體現在：

01 更低損耗

因為更薄的芯片厚度和優化的載流子分布，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結構還能夠實現發射極溝槽和偽柵極，兩者都是無效溝槽。這三種溝槽的數量決定了IGBT7的可控性，使得開通和關斷的dv/dt在很大范圍內都可以通過門極電阻進行調節，并且在變頻器典型dv/dt范圍內（2-10kV/μs），實現最低的損耗。