/ 引言 /

英飛淩 TRENCHSTOP™ IGBT7 系列單管具有兩種電壓等級（650V&1200V）和三個系列（T7，S7，H7）。其中，H7 系列單管針對光儲、UPS、EV charger、焊機等應用進行了專門的優化，並配備了全電流 EC7 rapid 二極體。憑藉極低的開關損耗、導通損耗和豐富的產品系列，H7 單管正在成為光伏和儲能應用的新星。

產品特點

• 按照應用需求去定義產品，去掉短路能力從而獲得更低的開關損耗和導通損耗，如圖 1 所示。完美適配於不需要短路能力的光儲等應用。
• 1200V H7 系列有四種封裝，電流規格覆蓋 40A-140A。其中 140A 的電流規格為市場首發，如圖 2 所示。而英飛淩上一代 1200V 高速單管 HIGHSPEED3 H3 的最大電流規格僅為 75A。
• 1200V H7 全系列配置全電流規格的 EC7 Rapid 二極體，適配整流工況。
• 更強的防潮和抗宇宙射線能力。

圖 1 英飛淩不同 1200V 單管的開關損耗和導通損耗對比

產品系列

圖 2 1200V H7 單管產品系列

標注：TO247-4pin assymetric 為開爾文引腳、柵極引腳變細的 TO247-4 封裝，有助於避免連錫、加強絕緣性能。

TRENCHSTOP™ IGBT7 H7
與 HIGHSPEED H3 對比

1200V HIGHSPEED3 H3 IGBT 針對高頻應用進行了優化，具有很短的拖尾電流和很小的關斷損耗；因為採用了 TRENCHSTOP™ 技術，其導通損耗也很低。因此，H3 單管廣泛應用於光伏、儲能、UPS 等領域。而 1200V H7 單管更近一步，表現出更優越的性能。

下圖為 IKW40N120H3 和 IKW40N120CH7 的在相同條件下的雙脈衝測試結果：

• 測試電壓：600V
• 測試電流：20A
• 測試溫度：室溫25°C
• 柵極電阻：10Ω

圖 3 H3 開通波形 @600V，20A，25°C

圖 4 H7 開通波形 @600V，20A，25°C

圖 5 H3 關斷波形 @600V，20A，25°C

圖 6 H7 關斷波形 @600V，20A，25°

分析雙脈衝結果可見，H7 系列單管具有更快的開關速度，而且其開通損耗比 H3 降低 22.4%，關斷損耗降低了 34.5%，且具有更短的拖尾電流。另外，規格書顯示，IKW40N120H7 的 Vce（sat）比 IKW40N120CH3 低 25.9%。

由雙脈衝結果可知，1200V H7 單管適用于光儲中的 Boost、T 型三電平、DCDC 等高開關頻率拓撲。下面以 T 型三電平為例，通過 PLECS 軟體和英飛淩官網提供的 PLECS 模型進行模擬：

圖 7 模擬拓撲：T 型三電平

工況：20kW、10% 超載、Vout=380V、PF=1、fsw=18kHz、風冷

在相同工況下，H7 單管的導通損耗略低於 H3，開關損耗降低接近一半，較低的總損耗會使得散熱器的溫度降低。但 H7 晶片的面積比 H3 小，導致的較大熱阻不利於結溫的降低，儘管如此，H7 單管的結溫仍然比 H3 單管低 13.8°C。也就是說，可以用 H7 單管代替之前設計中的同電流規格 H3 單管，並獲得更高的結溫裕量。

隨著 1200V H7 單管電流規格的增大，其晶片面積增大，熱阻降低，帶來更好的性能。下面使用 75A 規格的 IKQ75N120CH7 與 100A 規格的 IKQ100N120CH7 分別應用於 30kW 和 40kW 的 T 型三電平拓撲進行模擬。

工況：30kW、10% 超載、380V 輸出、PF=1、fsw=18kHz、風冷

工況：40kW、10% 超載、Vout=380V 輸出、PF=1、fsw=16kHz、風冷

可見，可以通過單顆大電流單管進行更高功率逆變器的設計，但是需要合理的散熱來解決單顆 TO247PLUS 封裝上高達 80W 的功耗。值得一提的是：對大電流的單管，降低其 Rth（c-h）將獲得更大的收益。因為大電流單管的 Rth（c-h）佔有更大比例。

1200V H7 單管在光伏和儲能系統中的應用

1200V H7 系列單管完美適用於 T 型三電平的豎管。通常情況下，T 型三電平的直流母線在 700-850V 之間，豎管需要選用 1200V 耐壓的 IGBT；逆變器開關頻率通常較高，同時其工作原理決定了開關損耗占比較大，所以豎管需要具有低的開關損耗；光伏逆變器要求支持 ±0.8 的功率因數，儲能逆變器要求達到 -1 的功率因數，1200V H7 系列單管配置的全電流規格 EC7 Rapid 二極體可以處理這種整流工況。為了增大 IGBT 出電流能力，50A 至 140A 的 1200V H7 單管提供 TO247PLUS 封裝，在裝載更大面積晶片的同時提供了比 TO247 封裝具有更大的散熱焊盤。

圖 8 TO247-3 VS TO247PLUS-3

當下，光伏逆變器降本壓力增大，越來越多的光伏逆變器企業開始嘗試 100kW 及以上逆變器的大電流單管並聯解決方案。目前，英飛淩 1200V H7 單管的 100A、120A、140A 規格是其豎管的最優解決方案。通過模擬和熱測試的評估發現，兩並聯或三並聯方案配合良好的散熱設計，1200V H7 系列單管可以輕鬆實現 100kW+ 的逆變器。

值得一提的是，對 TO247PLUS-4 封裝的單管，由於開爾文射極的存在，驅動回路電感減小，開關速度增快；同晶片技術、同電流規格時，其開關損耗比 TO247PLUS-3 降低 20%。這對光伏逆變器廠家衝擊更高功率規格的逆變器提供巨大幫助。但增快的開關速度會增大 IGBT 的關斷電壓尖峰，需要注意功率回路雜感的優化。

總結

• 英飛淩 1200V TRENCHSTOP7™ IGBT7 H7 系列單管具有多種電流規格、豐富的封裝形式、極低的開關損耗、導通損耗，是光儲應用中的優選型號。
• 相較于英飛淩上一代 1200V H3 單管，H7 單管具有更好的表現，同電流規格的單管可以實現更大功率的機型。
• 多顆大電流 H7 單管並聯可以實現 100kW 及以上逆變器。
• 大電流單管應用中降低 Rth（c-h）會獲得更大收益。

參考閱讀

新品 | 1200V TRENCHSTOP™ IGBT7 H7

英飛淩晶片簡史

用資料看 TO-247 封裝單管開爾文管腳的重要性