科达半导体编译说明这篇文章是英飞凌WolfgangFrank主要介

33特点。TrenchStopTM是英飞凌第三 的主要技术特征，它集成了英飞凌著名的沟槽栅技术和场中止（sat）明显低于英飞凌首创的并深受广大中国用户青睐的 饱和压降折衷曲线的优化，实现了能量转换效率的突破， 3通过对开关能耗与最先进的技术。英飞 AN-TrenchStop-Author:WolfgangFrank 概本文讨论了英飞凌（Infineon）一代击穿电压V=600V、采用TrenchStopTM技术、非穿通型（NPT—）产生的技术背景。主要讨论了它在静态和动态性能方面带来的改善。TSCISC来表示的短路耐受能力。最后一节讨论了Trench-Stop系列的电磁干扰（EMI）性能。600V-和1200V-电机驱动用TrenchStop系列 种应用的完整的产品系列，详见表1所列。表1开关频率范围和相应的英飞凌系TrenchStop600e.g.Fast600e.g.e.g.TrenchStop1200e.g.IKW15T120orFast1200e.g.HighSpeedIIe.g.TrenchStop概近些年来技术的发展在改善其性能方面有几个具有标志性的飞跃，其中两个是由英飞凌推动的，电场中止技术（FieldStop图1是传统NPT-（左）与fieldstop（右）的剖面图。传统技术是以比较厚的硅片为基础的，1200V200µm厚，600V100µm厚。从图中电场强度分布曲线看到，在关断期间整个图1传统的 和 这个传统NPT-中存在的问题是通过在它的衬底区和集电区之间加入一个附加层得到了改善。这附加层被称做电场中止（fieldstop）层，它也是n1右。这一层的掺杂总剂量（即单位面积层以下衬底中电场强度的降低可以忽略，因而，的电压阻断能力与衬底厚度不再有关系，因此衬底可以研磨得更薄。这就使具有很低的饱和电压，因而有很低的通态损耗。在硬开关系统中应用时，场中止技术还具有另一个优越性，即它能比传统关断更快，基本没有电沟槽栅(Trench2饱和电压VCE(sat)是表征技术水平的一个参数。饱和电压和关断能量共同构成了衡量性能优2限定了沟道长度减短的最小沟道长度还具有限制短路电免在负载短路情况下被烧坏。在传统中，沟道长度允许减小的下限限制了管芯中的限制了沟道总压的降低受到采用垂直不再是水平方向的栅极不占据芯片的表面沟道做最优化较低的饱和电3Ets/A（Tj=25℃）Tj=25℃时饱和电压典型值所构FOM平面。由图看到，TrenchStop技术提供了开关能量和饱和电压的最优组合。不过，IXYS公司的），它的开关损耗随温度升高而迅速增大；VCE（sat）具有负温度系数，这使它几乎不可能并联使 。但是，Trenchstop更好的饱和电压性能抵偿了结 的FOM性能得到了显著改进，而其它重要性能，如短路 沟槽栅和电场中止的概念都使的静态性能和动态性能得到显著改进。下面将证明，在高结温工作时，这两种技术的联合能减小功率损耗，并且能在面积显著减小的情况下提高逆变器的输出功率。图4给出了TrenchStop- 和Fast- 流IC=10A的器件。饱和电压减小了几乎30%。由于Trenchstop-有更高的温度稳定性，在较高结温下这个差别甚至增加到0.6V。这里提请注意，尽管Trenchstop-可以用到175℃，图4只给出了150℃的曲线。之所以如此，是为了可以与只能工作到150℃的Fast-进行直接对比。图4Trenchstop-（IKP10N60T，橘红色）和Fast-（SKP10N60A,兰色）在25℃（实线）和150℃（虚线）的输出特性曲线，双件深谓“拖尾”（下降时间往往不包含或者不能完全包含拖尾时间－译者注）据参考文献[2]，场中止技术能够基本上消除电流拖尾，于是具有非常低的关5IKP10N60T（较重色）SKP10N60A（较浅色）在关断过程中的电压（蓝色）和电流（红色）参数表中IKP10N60T（Trenchstop）350μJ，与SKP10N60A（Fast）280μJ相差不多，仅大25%左右，在此提请注意，SKP器件在电流拖尾下降到额定电10%以下时仍会产生功耗，而要略高一些，但TrenchStop器件并无这个问题。射注入效率控制技术）tr=11ns的开通过程是很快的。这个开关速度从EmCon二极管的软恢复性能获益最大。软恢复意味着续流二极管的反向恢复电流较小，使得反向恢复损耗也低。的典型下降时间是也大约是这个比例。但从参数表一看便知，Trenchstop器件的总开关功耗比Fast器件只高15%左右！电磁干扰EMI谱波形的分析来估计一个开关的EMI5所示的关断波形和相di/dtdV/dt情显而易见，关断过程中 图6开通（蓝色）与关断（紫色）过程中Fast-4IKP10P60T的过压峰值要低得多，从而改图6中Trenchstop的其他变化率也都比Fast技术更低。这意味着任何PCB板的寄生振荡都只被弱激发，因而EMI应是较低的。良好的EMI性能是Trenchstop技术的关键特征之一。在应用中它是很重要的，因为EMI滤波器设计中600VTrenchstop的参数表中说明，它的短路鲁棒性（抗短路能力）是在Tj=150℃，VGE=15V和VCC=400V的条件下短路耐受时间为tSC=5µs。请注意，短路耐受时间减小到5µs并不标志着Trenchstop技对Trenchstop观无闩锁的器件设计。图7Trenchstop施加一个VGE=15VIC等于直流额定值10A 图7IKP10N60T的短上述讨论阐明，一旦制造所用的技术是短路鲁棒的，进一步去调整短路耐受时间并不重要。因为向他们提供最佳性价比的产品，参数表中给出的短路电流耐受时间设定为5µs。Trenchstop16KHz满输出功（CosΦ=0.7）40%8KHz时这个比例下降到只有25%。由此看出总功率损耗PVtot中和续流二极管的通态损耗之和（PVCl+PVCD）仍占绝大部分。尤其是二极管的开关损耗PVSD所占比例很小。也请注意，二极管动态损耗的一部分是产生在8所示的是在8KHz16KHz两个开关频率下分别对于IKP20N60（TrenchstopSKW20N60高输出电流下Trenchstop器件的功耗比Fast低10~20%。从另一个角度看，这个比较说明，与使用Fast相比,使用3（Trenchstop技术）最大输出功率(特别是在125℃的高温下)提高约10~15%。而且这个计算已把3因减小面积引起的结—环境热阻RthJ-A的增加考虑了进去。这样一来，Trenchstop25℃的优点完全抵偿了它的热阻增大的缺点，而且更好。用户选用Trenchstop技术的3可以选择较小散热器得到同样的最大输出功率，或者选用同样的 大写字母:常数值和时间间K1,K2..铁芯常数 小写字母:随时间变化值 AC.......交流 DC.......直流 CS.......电流敏感 R...........次级到初级的反 UVLO..欠压关断 1,2, T.Laska,L.Lorenz,A.Mauder:TheNewGeneration–AGreatImprovementPotentialforMotorDriveSystemsH.Hüsken,F.Stückler:FieldStopwithMOS-like(tailless)turn-off,acceptedatISPSDT.Laska,G.Miller,M.Pfaffenlehner,P