Abstract: On the same converter platform, test 1200V PIM module and foreign mainstream brands, including temperature， VGE, VCE, IC and other waveforms, Comparative analysis of differences. By measuring the waveform of different devices, Wen Sheng, plugging, and short circuit test, it is shown that the 1200V PIM module of Junshine can meet the demand of frequency conversion application, and it can replace the imported brand in foreign countries.

Key words: PIM module; FS-IGBT; Junshine

【中图分类号】TN77 【文献标识码】B  【文章编号】1561-0330（2018）08-0000-00

1 引言

在电力、冶金、化工和矿业日益成为世界各国支柱产业的今天，节能环保问题越来越得到人们的关注。据用电统计，中国发电总量的60%以上消耗在电动机上，因此结合了微电子、自动控制和功率驱动技术的变频器技术以其卓越的无级调速性能、显著的节电和环保作用，逐渐为人们使用和推广，并且在企业技术改造和产品更新换代中应用日益广泛。IGBT作为变频器的核心器件，已经被越来越广泛的使用。

本文主要对江苏中科君芯科技有限公司（以下简称中科君芯）针对变频领域开发1200V系列PIM模块性能、和国外主流器件的实际测试比对展开讨论。

2  IGBT芯片技术

中科君芯自主研发的IGBT芯片技术历经穿通型（PT）IGBT与非穿通（NPT）型IGBT，如图1（a）与图1（b）所示，过渡到目前国际最新的沟槽栅场截止（Trench+FS）技术，如图1（c）所示。针对变频产品的1200V系列正是采用了这一最新技术。

 

相对于PT和NPT，最新技术的特点为正面采用沟槽栅结构可进一步减小正向导通时饱和压降值，同时背面采用场截止技术进一步优化器件的开关性能，在提高性能同时可使芯片更薄，这种结构特性对高压器件来说是先进的。

3  变频主电路拓扑

变频主电路拓扑为三相全桥逆变电路如图2所示，图2（a）为整流电路：将输入的交流电转化为直流电；图2（b）为逆变部分，将直流电转化为频率可变的交流电，IGBT用在逆变部分，将直流电转化为交流电。

变频器载波频率1~16kHz，为了降低损耗同时保证饱和压降不能显著提高，君芯优化了IGBT芯片开关特性和饱和压降的折中参数。因为变频器在一些特殊工作状态下（如短路），由于主电路中存在杂散电感，关段时产生di/dt电压，该电压叠加在直流电源电压VDC上，会使IGBT模块的C-E之间出现短暂的过冲电压，针对此种情况，在设计IGBT时，耐压进行优化处理（1200V器件的实际耐压值达到1400V左右）。

另外变频器在短路状态下，短路时高的dv/dt会通过反向传输电容叠加在驱动电压上，造成栅极电压的瞬时上升，高的栅压又会导致更高的短路电流峰值，还会引起栅极电压的震荡，针对这种工况，在设计IGBT时，对栅极最大电压时进行了优化，以确保在短路时栅极不会被击穿。

除了以上两点优化之外，该变频系列IGBT芯片还优化了结温，短路耐量等参数，提高产品整体性能。

通过和国际主流品牌F的参数对比，君芯1200V变频系列产品和国际主流品牌参数相当。

6 实测分析

测试平台：国内某主流品牌变频器，额定输入为380V/50Hz；额定输出为7.5kW，额定电流17A，电路拓扑为三相全桥逆变，栅电阻为RGon=36Ω，载波频率为1.0~16kHz。

使用1200V 40A君芯型号KWMFP40R12NS3 EconoPIM2和国外主流品牌F对比测试，测试项目：（1）波形测试；（2）温升测试；（3）堵转测试；（4）短路测试。

6.1 波形测试

变频器分别国外主流品牌F与君芯模块在空载、轻载（带电机）、满载下，测试VGE波形，具体波形如图4-图6所示。

         

测试结果：君芯模块对比国外某品牌F驱动波形表现近似，满足应用要求。

6.2 温升测试

变频器额定12A输出，载波频率5kHz和15kHz。记录温升情况，数据如表5所示。

             

6.4 短路测试

（1）先运行后短路

 1）测试条件：将运行变频器，然后U、V两相短路；

 2）测试结果：做10次模块未损坏；

3）测试波形如图10所示。

       

（2）先短路后运行

1）测试条件：将U、V两相短路，然后运行变频器；

       2）测试结果：做10次模块均未损坏；

3）测试波形如图11所示。

                                                     

测试结果：君芯EconoPIM2 40A模块与国外某品牌F模块均无异常。

小结：君芯模块可以满足正常的使用需求。

7  总结

通过比测不同器件的波形、温升、堵转、短路试验，表明中科君芯1200V变频PIM模块满足变频应用需求，可以替代国外进口品牌。中科君芯自主研发的FS IGBT芯片技术已经和国际一线品牌相当。