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基于TRENCHSTOP技术工业应用的高速IGBT(4)
3.2 双极性H 桥测试平台
测试平台为英飞凌开发的室内用3KW 逆变器，逆变器的电路拓扑采用如图8 所示的双极性H 桥。对采用H5 系列IGBT 和联合使用不同二极管（例如碳SiC 与Si）的HS3 系列IGBT 做了直接比较。
测量时开关频率是20KHz，该频率为现在太阳能光伏逆变器典型的开关频率。通过测量，记录下了效率曲线与温度曲线如图9 和10 所示。
图8 H 桥拓扑结构和双极性调制方法
图9 效率与负载的关系曲线
测试板当采用双管封装的H5 系列IGBT 作为开关器件时，它的效率从轻载时的97%开始，在大约15%满载时达到峰值效率97.97%。由于设计的输出滤波器没有完全优化，测试板的效率在大于600W
时开始下降，在满载3KW 时达到96.4%。与相同规格的HS3 系列IGBT 的效率特性相比，采用简单的即插即用方法时，效率在整个负载范围内提高了约0.4%。
还做了其它测试。在这些测试中，使用SiC 碳化硅二极管代替快速的反并联续流二极管，测试结果如图9 绿色曲线所示。图中可以看出，效率进一步提高了0.2%，这使得峰值效率超过98%。这是在H 桥中采用IGBT 时，系统效率第一次达到98%。
图10 器件外壳温度随负载变化关系曲线
图10 同时给出了器件外壳温度随负载变化关系曲线。图10 证明了TRENCHSTOPTM5 技术与HS3 系列相比优势明显。在重载条件下，模块封装的表面温度降低了15℃，此时效率是提高了0.4%。此外，当使用SiC 二极管作为续流管时，温度又降低了8℃。因此，上面测试清楚表明：H5 系列IGBT 比HS3 系列有更好的热性能和更高的效率。这些性能提高的主要原因是因为载流子优化使得IGBT 开关速度更快。
图11 所示为HS3 与H5 系列的开关波形特性图。波形图给出了关断过程中的过电压和关断电流速度。请注意X 轴的刻度，这对于高速IGBT 是很重要的，在英飞凌高速IGBT 里不再有传统IGBT的拖尾电流。
图11 H5 与H3 系列的开关波形
从图11 波形可以看到，H5 系列IGBT 的电流变化率与HS3 系列的一样。H5 系列与HS3 系列相比效率更高，是因为H5 系列的IGBT 集电极与发射极之间的电压建立速度更快，从而使得关断
损耗Eoff 大大减小。.
此外，如图12 所示的H5 系列的过电压在整个负载范围内与HS3 系列的相似。这可以说明H5 系列IGBT 有良好的EMI 特性和易于控制的最大电压尖峰。H5 系列比HS3 系列耐压值提高了50V，这对于设计工程师是个很好的好处。
图12 H5 与H3 系列的电压尖峰
4 总结
通过应用测试表明了TRENCHSTOPTM5在快速开关IGBT市场上树立了一个新的标杆。由于综合采用了最优化载流子和英飞凌先进的薄晶片技术，可看到在硬开关的H桥测试平台上，IGBT的开通和关断损耗都大大减小，此外再由于饱和导通电压Vcesat低，这使得整机系统效率高于98%。。
此外，过电压尖峰金和EMI特性有良好可控性，新系列的IGBT这些特性与著名的HS3系列差不多。
采用快速二极管作为续流二极管的H5系列为高性能工业应用如太阳能光伏逆变器、UPS与焊接提供了一个易于使用的解决方案。
综合采用H5系列与碳化硅二极管可进一步提高效率，在介绍使用F5系列时将介绍如何进一步优化使用。
TRENCHSTOPTM5为设计者提供了有诸多优越性能的IGBT。这有待于设计工程师去充分挖掘利用。