IGBT的发展可以追溯至20世纪80年代,最初的IGBT采用了平面穿通(PT),这种IGBT通过重掺杂的P+衬底开始,但是存在负温度系数、通态压降一致性差等问题,不利于并联使用。尽管如此,它开启了IGBT在电力电子领域的应用。
随着时间的推移,IGBT经历了多次迭代,从非穿通( NPT)结构到场截止( FS)结构的转变,栅极结构也从平面型转向沟槽型(Trench)。这些改进逐步提升了IGBT的性能,包括降低导通压降、缩短开关时间、提高断态电压等,这也是IGBT从第二代到第五代的变化。
到了第六代,IGBT进一步优化了沟槽结构和场截止技术,显著提高了电流密度和能效,降低了开关损耗,同时在高温工作表现上有了显著提升。
而在2018年前后,市场中开始推出的第七代IGBT,引入了微沟槽栅+场截止(Micro Pattern Trench)技术,这是IGBT技术的一次重大飞跃。第七代IGBT的特点包括更高的沟道密度、优化的元胞设计、更低的寄生电容,以及在极端开关速度(如5kV/μs)下仍能保持最佳性能。这使得IGBT7在降低静态损耗、提高开关速度、增强高温工作能力等方面达到新的高度,特别适合于高性能的电动汽车、可再生能源系统和高压直流输电等应用。
其中微沟槽技术能够改善载流子传输特性,从而在不牺牲开关速度的情况下降低静态损耗。这意味着在相同工作条件下,第七代IGBT能更高效地转换电能,减少发热。并且相比第六代IGBT,第七代的静态损耗降低了约30%,这对于提升系统能效和减少冷却需求至关重要。
此外,有数据显示,在相同封装体积下,第七代IGBT的电流输出能力增加了50%以上,这得益于更高的电流密度,使得设备小型化成为可能,或者在不改变体积的前提下提高系统的功率输出。
并且,第七代IGBT也满足了电子行业对更高效率、更小尺寸、更高功率密度和更低损耗的需求。第七代IGBT技术通过实现面积减小20%、芯片厚度从120微米减少到80微米、导通压降从1.7V降到1.4V,大幅提升了IGBT的性价比。
举个例子,在储能系统中使用第七代IGBT,可以设计出发电和蓄电能力更强的系统,提高能源管理效率,增强储存能力,从而更平稳地将太阳能电力并网到电网中。此外,通过第七代IGBT设计的模块还支持将多余的电力储存在储能系统中,有效缓解太阳能发电的间歇性问题,确保供电的可靠性和稳定性。
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