英飞凌IGBT7系列芯片大解析

上回书(英飞凌芯片简史)说到，IGBT自面世以来，历经数代技术更迭，标志性的技术包括平面栅+NPT结构的IGBT2，沟槽栅+场截止结构的IGBT3和IGBT4，表面覆铜及铜绑定线的IGBT5等。现今，英飞凌IGBT芯片的“当家掌门”已由IGBT7接任。IGBT7采用微沟槽（micro pattern trench）技术，沟道密度更高，元胞间距也经过精心设计，并且优化了寄生电容参数，从而实现极低的导通压降和优化的开关性能。

IGBT7从2019年问世至今，从首发的T7，到成为拥有S7，H7，T7，E7，P7等完整系列的大家族。这几大系列之间，究竟有何区别？它们各自的适用领域又都在哪里？今天这篇文章就带大家一起来解析一下。

首先，在英飞凌已经商业化的IGBT7产品中，不同的IGBT7系列分布在不同的电压等级中：

■ 650V:T7,H7

■ 1200V:S7,H7,T7,E7,P7

■ 1700V:E7,P7

■ 2300V:E7

在同一电压级中，以1200V为例，我们可以按开关速度来进行排序，H7>S7>T7>E7>P7

■H7是高速芯片，面向开关频率较高的光伏、充电桩等应用，Vcesat 1.7V；

■S7是快速芯片，能够实现导通损耗与开关速度的最佳平衡，Vcesat 1.65V；

■T7芯片小功率单管和模块，主要面向电机驱动应用，用在Easy,Econo等封装，Vcesat 1.55V；

■E7是芯片是为中功率模块产品开发，导通压降1.5V，用于EconoDUAL,62mm等封装中；

■P7是芯片是为大功率模块产品开发，导通压降 1.27V，用于PrimPACK模块中；

下面，我们按单管和模块两个系列，从实用的角度阐述一下各类产品的特性。

单管系列T7，PR7，S7，H7解析

按短路能力，IGBT7分为具有短路能力的650V T7和1200V S7，这两者适用于开关频率要求不太高，但可能有短路工况的应用，比如电机驱动。没有短路能力的IGBT7有650V H7和1200V H7，进一步降低了饱和压降和开关损耗，适用于光伏，ESS，EVC等对开关频率和效率要求比较高的场合。

650V T7单管和1200V S7单管产品目录如下，主要面向电机驱动类应用，导通损耗较低的同时，也能保持较快的开关速度，同时具有短路能力，是各方面性能非常均衡的芯片系列。

单管H7系列产品目录：

H7芯片虽然不具备短路时间，但它可以说是把开关性能做到了极致。与广受好评的TRENCHSTOP5芯片相比，H7的电压范围拓展到了1200V，而TRENCHSTOP5只有650V的产品。H7的饱和导通电压Vcesat比H5降低达25%，比S5也低了3%。开关损耗方面，H7的Eon相对于H5降低了77%，相对于S5降低了54%；而H7的Eoff相对于H5降低了20%，相对于S5降低了27%。所以总体来说，H7整体的开关损耗（Eon+Eoff），还是要比H5和S5更低。

（参考阅读：《码住 | 最新IGBT7系列分立器件常见问题》）

模块系列H7,T7,E7,P7解析

H7芯片扩充了Easy系列在1000VDC系统中的产品组合，可以实现高开关频率应用。

FS3L40R12W2H7P_B11 EasyPACK 2B，模块为三相NPC 2拓扑，1200V TRENCHSTOP IGBT7 H7芯片，适用于1100V光伏组串逆变器和ESS，模块采用PressFIT针脚，带NTC，有预涂导热材料TIM版本。

F3L500R12W3H7_H11 EasyPACK 3B模块为单相NPC2拓扑，1200V TRENCHSTOP IGBT7 H7芯片，适用于1100V光伏组串逆变器应用，模块采用大电流引脚和带NTC。

（参考阅读：《新品 |Easy2B Easy3B 1200V IGBT7 H7高速芯片的T型三电平模块的先导产品》）

T7的模块主要是Easy和Econo，目标电机驱动应用。T7作为最早推出的IGBT7系列，拥有非常全面的产品目录，最大单芯片电流已达到200A，可以在Econo3的封装中实现200A三相全桥的拓扑。

E7模块主要用于EconoDUAL 3和62mm这些中功率模块。采用IGBT7 E7芯片62mm模块最大标称电流达800A，实现了该封装最高功率密度。该系列模块电流从450A到800A共６个规格，主要应用场景包括兆瓦级集中式光伏逆变器及储能、不间断电源(UPS)、通用电机驱动和新兴应用固态断路器。

搭载1200V E7芯片的EconoDUAL模块有1200V和1700V两个电压等级，最大标称电流达到了900A，用于集中式光储、CAV、风电等领域。其中900A模块除了标准封装外，还推出了Wave封装，在标准的铜底板上增加了波浪开关的带状键合线，用于直接液体冷却，降低了在电动卡车、电机驱动器和风力发电应用中的器件温度和温度波纹。

用于液体冷却的EconoDUAL 3 Wave的典型外观

PrimePACK封装的1200V P7和2300V E7目前分别都只有一款模块，FF2400RB12IP7和FF1800R23IE7。这两个模块设计的目的是构建MW级1500VDC逆变器，这两个模块可以构成T字型三电平拓扑，FF1800R23IE7作为竖管，承担1500V母线电压，FF2400RB12IP7是共集电极拓扑设计，作为NPC2的横管使用。一个FF2400RB12IP7搭配两个FF1800R23IE7并联模块的方式，最高可实现1.6MW的输出功率（典型风冷条件）。

IGBT不论单管和模块都需要通过多项可靠性测试以保证其长期使用稳定性，与电性能相关的主要有HTGB（高温栅极反偏测试），HTRB（高温反偏测试），H3HTRB(高温高湿反偏测试)，HV-H3TRB(高压高温高湿反偏测试)等。

高温高湿测试H3TRB的测试条件是温度Ta=85℃,湿度RH=85%,VCE=80V，而HV-H3TRB在保持温度和湿度双85的条件下，将CE之间偏置电压从80V提高到了80%的额定电压，比如1200V的器件，测试HV-H3TRB时CE之间施加电压Vstress 960V。测试电压的大幅提升对于IGBT无疑是更严峻的考验，而IGBT7通过优化设计，通过了1000小时的HV-H3TRB测试，显示出对高压及潮湿环境的卓越适应能力。

IGBT7作为最先进IGBT技术的代表，从最初在电机驱动应用初试身手，到现在光伏、充电、储能能领域全面开花，在长期的应用中，展现出优异的性能和无穷的潜力，是电力电子系统迈向更高集成度、更高功率密度的重要推动力。未来IGBT7还会有推出什么样的新系列？IGBT8还会远吗？我们拭目以待吧！