【经验】以NGD8201A为例介绍如何提高点火IGBT的热性能
由于更大的污染和更严格的法规,电动和混合动力技术的研发包括了更高效的内燃机和替代燃料的开发。尽管纯电动汽车被认为是消除汽车污染物的领先解决方案,但许多因素正在减缓其大规模采用。当前,相比基于内燃机的车辆,电动车辆和混合动力电动车辆均比传统车辆更昂贵,而且电动车辆由于电池容量而具有距离限制。给电池重新充电会因重新充电所需的小时数而导致行程明显延迟。此外,与普遍存在的加油站相比,最大的障碍就是缺乏充电基础设施。
由于当前电动汽车技术的挑战,内燃机离成为一种过时的技术还有很长的路要走。为应对政府降低温室气体排放限值和更高里程标准的要求,制造商们正在开发体积较小,更高转数/分钟(RPM)并使用更稀薄的燃料混合物的内燃机和混合动力发动机。
较小的发动机体积可能需要开发较小的气缸。为了维持适当的输出功率,需要更高的燃烧循环速率。点火系统将需要在较高的开关频率下运行并承受较高的工作温度。
低负荷和中负荷下的稀释混合物需要使用更宽的火花间隙,以确保在燃烧过程开始时有足够的热传递。使用更宽的间隙需要更高的点火电路电压额定值来启动火花间隙中的电弧。
或者说,在压缩行程期间的直接喷射过程避免了混合物均质化并且在火花附近形成了富燃料区,同时保持总的混合物稀薄。这进一步提高了效率。燃油喷射必须在火花产生的时间和位置为燃烧发展创造有利条件。但是,火花附近的高局部和时间变化会损害点火系统,理想情况下,应包含较宽的点火空间(较大的电极间隙)和较长的点火时间。这些条件将需要较高的击穿电压和火花中更大的能量。
这些创新将对发动机的固态点火系统产生重大影响。点火系统的主要功率控制元件,点火绝缘栅双极晶体管(IGBT)将必须支持更高的能量,以达到新的发动机效率水平。点火IGBT也将需要更高的钳位电压来点燃稀薄的燃料混合物,并且将以更高的频率运行以在较小的发动机中产生更多的功率。这些工作条件将增加IGBT的散热。在这种情况下,与导通状态功率损耗直接相关的IGBT的集电极-发射极导通状态电压(Vce(ON))将具有更大的意义。具有较低Vce(ON)的点火IGBT需要用来降低功率损耗,从而实现较低的结温,同时保持较小的系统尺寸。
设计人员面临的挑战是如何选择合适的IGBT,以及如何在印刷电路板(PCB)布局中使用良好的技术。 设计人员必须选择具有足够功率处理能力和低开关功率损耗的IGBT。这需要选择一个具有低Vce(ON)的点火IGBT,使导通状态功耗最小化。设计人员还必须使用最佳的PCB焊盘,以消散由点火IGBT的较高功率状态产生的额外热量,并将热结点温度控制在器件规格范围内。
为了帮助设计工程师,电路保护,传感和功率控制产品制造商LITTELFUSE提供了定量数据(如下所示),以显示具有较低Vce(ON)的IGBT以及不同的散热PCB焊盘结构如何影响点火IGBT的热性能。研究中使用了Littelfuse点火IGBT,该IGBT封装在用于大功率元件TO-252(也称为DPAK)的表面封装中,研究中还使用了另一家制造商的器件。
所有测试数据都是使用图1所示的测试台设置的简化图获得的。使用0.3mh的负载电感来模拟商用点火线圈泄漏电感的公共值。开关频率设置为33赫兹、50赫兹、80赫兹、100赫兹或150赫兹。保持时间,或点火IGBT处于接通状态的时间,设置成达到10安培的峰值电流。然后将被测器件(DUT)放置在图2中所示的一个不同的PCB板中,并保持工作10分钟,以确保稳态温度测量。
我们分析了五种类型的焊盘,以研究不同热传导路径对IGBT外壳温度的影响(图2)。焊盘类型为:
- PCB开孔(PAD 0),其中没有从点火IGBT的集电极到PCB的热传导路径
- 与DPAK封装IGBT面积相同的焊盘(PAD 1)与DPAK封装的IGBT面积相同的焊盘,但包括从PCB顶部到底部的散热器(PAD 2)
- 焊盘具有对DPAK封装设备推荐的焊盘面积(设备面积的两倍),从PCB的顶部到底部没有散热器(PAD 3)
- 以及与PAD 3相同的布局,从PCB的顶部到底部具有散热器(PAD 4)
图3量化了较低的Vce(ON) 对热性能的影响。比较中使用的点火IGBT是Littelfuse DPAK封装的NGD8201A(Vce(ON)typ<1.35V),和一款已商用的点火IGBT(Vce(ON)typ<1.5V),标注“点火IGBT A”。选择这些器件是因为它们具有相似的电气和物理裸片特性以及相同的电流和能量额定值。图3总结了以33 Hz和150 Hz的频率驱动点火IGBT时,每种不同的PCB焊盘布局所达到的稳态外壳温度。无论使用哪种PCB焊盘,“点火IGBT A”的导通电压略高都会导致稳态温度略高。正如预料的那样,这种影响在高开关频率下更为明显。还要注意,使用不同的PCB焊盘会导致不同的稳态外壳温度。
图4进一步分析了使用不同PCB焊盘的影响,其中显示了考虑不同开关频率和焊盘时NGD8201A的稳态外壳温度。结果再次表明,使用较高的开关频率会导致较高的稳态温度。然而,焊盘对降低测量温度的影响特别重要,尤其是在高开关频率下工作时。例如,请注意当在150 Hz下工作时,当使用顶部和底部层(PAD 2)之间带有散热器的最小焊盘或具有推荐面积(两倍于DPAK的面积,PAD 3)的焊盘时,稳态温度是如何从~90°C降低到~70°C的。
为了更好地进行比较,对使用最小焊盘且在PCB顶部和底部之间有散热器(PAD 2)和建议的PAD面积为DPAK面积的两倍(PAD 3)时,在不同频率下获得的稳态外壳温度的图表进行了绘制 。结果表明,无论开关条件如何,这两个焊盘均可提供相同的平均散热能力。这在需要考虑尺寸的点火平台中特别重要。
汽车行业正在设计更省油的内燃机,以应对更严格的政府法规对降低燃油消耗和减少二氧化碳排放的要求。新的发动机改进将需要能够维持更高能量和更高电压的点火系统,以点燃更稀薄的燃料混合物。点火IGBT将需要能够以更高的开关频率和更高的电压来支持更高的能量,以产生火花。 因此,IGBT将承受更高的工作温度。选择具有较低Vce(ON)的IGBT并使用提供良好散热的适当PCB焊盘布局可以确保在内燃机恶劣环境下可靠运行。
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型号- RBQ20NS65A,RFN20NS6S,RR1VWM4STFTR,BM2LB300FJ-C,RF071MM2S,RSX101VYM30,DTA124TX,RFUH20NS3S,SMF26V,SMLM22WBN1CW1T,2SCR552P,RB058LAM150,SCT2系列,BD50FA1MG-M,2SC4102,RB088LAM-60,RB238NS150,SML-D12Y8W,BD3575HFP-M,BR25H128,VS17VUA1LAM,BD4XXM5FP2-C,RFUH20NS4S,BD50HC5MEFJ-M,BM61M41RFV-C,2SCR553P,BA82904YFVM-C,RSS070N05,BD30GA5MEFJ-M,BA4560YFV-M,BD80C0AWFP2-C,RB298T100,BD18HC0MEFJ-M,MD56V62161R-XXTAL42X,BD46EXX1G-M,RSS060P05,SMF24V,BR25H160,SCT3022ALHR,2SCR554P,SML-D13MW(A),BR25A512,RGPR20BM36HR,CSL1101SBAW1C,RB068L-40 81,BD00GC0MEFJ-M,RD3U041AA RD3U080AA,BA2901YFV-M,RD3P175SN,BU91R65CH-M,BD53XXG-2M SERIES,BZX84B,BZX84C,SML-D14MWA,BD52XXG-2C,RBR30NS30A,BAS40HM,BD82006FVJ-M,MD56V62161M-XXTAL42X,SCT2,SCT3,MD56V72161C-XXTAL42X,KDZLV 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84,BU18JA2VG-C,BD37068FV-M,2S
ROHM(罗姆) IC/功率器件/分立式半导体/无源元件/光学器件/模块 选型指南
描述- ROHM launched the ComfySIL™ brand for customers involved in the design of functional safety to use products that support SIL (Safety Integrity Level) in a ‘Comfy’ (comfortable) manner, and for social systems' greater safety, security, and convenience to which ROHM can contribute through its products.
型号- DTC143TE3,KA2004-H05N20A,ML62Q20XX,RCJ220N25,SML-S13UT,DTC143TEB,RSX101VYM30,SML-D12M8W(C),SDR,R6002JND4,BD60A00NUX,RB238NS150,SML-D12Y8W,SMLA12BN8T,MG6405WZ,BDJ0GA3VEFJ-M,SML-811UT (A),SML-010VT,BD94130EFV-M,DTA124XM,BM2SC123FP2-LBZ,RS3L110AT,RB298T100,DTC143TCA,RSS060P05,BD71L4LG-1,SFR,BR25A512,RGPR20BM36HR,BD95821MUV,BD6995FV,KD2002-G0JB10A,BU23TD2W,SML-S13VT,BD12IC0WEFJ,BU97941FV,SLI-325YC(W),RQ5L015SP,BH7673G,SML-811UT (C),BD52XXG-2C,BD6046GUL,RGW60TS65HR,BD10KA5WFP,BA03CC0FP,SML-D12Y3W,BM6241FS,BD450S5FP2-C,MH2206WZ,BD63521EFV,BU94702AKV,SML-S13PT,RB168MM200,DTC144WCA,BD22621G-M,SLI-343URC,RS6R035BH,BDJ2FC0WFP,RGT20NL65,DTD123TC,DTA015TUB,BD750L5FP-C,BM521Q25F,R8003KNX,BD52XXG-1 SERIES,SML-D12D8W (C),DTA023YEB,UCR006,BD95514MUV,BD9S200MUF-C,SML-H10PD2B,DTD123TK,RFN6T2D,IMX25,BD80FD0WHFP,R6000ENH,SML-S13RT,BU64253GWZ,BD70GC0VEFJ-M,BD52XXG-2M,RBR2LAM30A,CSL0902DT 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Littelfuse(力特)IXYS功率半导体选型指南
目录- Introduction of Littelfuse Index Symbols and Terms/Nomenclature New Pressfit Pin packages ISOPLUS™ family IGBT Discretes IGBT Modules Power MOSFETs Diodes Thyristors Rectifier Bridges Protection Devices Gate Drivers/Power Relays Diode & Thyristor(IXYS Chippenham) Power Semiconductor Chips/Direct Copper Bonded Ceramic Substrates Application Notes Highlights Outline Drawings
型号- R1280NC25M,MCD 26-16IO1B,N2055HE420,IXTT 30N50L2,R1280NC25K,R1280NC25L,MCD 56-18IO8B,IXBOD 2-52R,R1280NC25J,IXTQ 52N30P,MCK 200-18IO1,IXYR 100N120C3,LSIC2SD120C05,MDC600-22IO1W,IXYH 16N250CV1HV,LSIC2SD120C08,M0863LC360,IXTP 100N15X4,VBO 125-08NO7,DPG 15I200PA,F1600NC080,IXTH 1N450HV,T0600TB45A,LSIC2SD065E40CCA,DSEP 2X91-03A,IXBOD 2-51R,IXTX 4N300P3HV,IXTA 36N30P,VBO 72-18NO7,M4305TJ240,IXFR 64N60P,N6405EA240,IXYR 50N120C3D1,MCD580-28IO7,VUO 25-14NO8,0440 007.WRA,IXFY 36N20X3,VBO 25-12NO2,IXTT 120N15P,M1010NC400,IXBH 6N170,MCC 56-14IO1,VBE 26-06NO7,MCD160-30IO3,SXB4869G,IXTJ 3N150,DHG 10I1200PM,IXTH 120P065T,VTO 39-08HO7,IXFN 32N80P,IXTL 2N450,DMA 30P1600HR,IXBOD 2-54R,MDK950-18N1W,CS 20-25MOT1,IXBOD 2-55R,IXTK 140N20P,IXTR 48P20P,DH 20-18A,W2115MC560,IXTP 05N100P,IXFT 18N90P,QJ8030LH4TP,N4340TJ180,DMA 30P1600HB,W3841VC340,MKH 17RP650DCGLB 11,,SXB4649HEXT,IXBOD 2-17RD,DSEP 40-03AS,IXFH 42N50P2,Q8025K6TP,IXFH 22N50P,DPG 30C200HB,DSI 30-12AS,MCMA 240UI1600ED,IXBOD 2-53R,M0367WC220,VUM 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【元件】贝岭亮相CIAS2024功率半导体新能源创新发展大会,IGBT产品荣获最具创新及最具市场力两大奖项
CIAS2024功率半导体新能源创新发展大会于2024年4月23日在苏州狮山国际会议中心举行。在本次CIAS2024功率半导体新能源创新发展大会的颁奖典礼上,上海贝岭两款IGBT产品荣获最具创新产品奖和最具市场力产品奖两大奖项。
产品 发布时间 : 2024-05-01
LITTELFUSE收购ONSEMI,产品线再增点火IGBT、TVS和开关型晶闸管
2016年8月25日,安森美半导体(ON Semiconductor)已就关于出售点火IGBT业务给Littelfuse达成最终协议,出售其瞬态电压抑制(“TVS”)二极管和开关型晶闸管产品线,售价共1.04亿美元现金。
行业资讯 发布时间 : 2018-07-12
【产品】内置4KV ESD保护的IGBT BLG3040,VCES为430V,可用于汽车点火电路
BLG3040是上海贝岭推出的一款IGBT,采用先进的点火IGBT技术,该技术降低了传导损耗,增强了SCIS能力,内部二极管提供钳位电压,无需使用外部元件。该IGBT适用于汽车点火电路,特别是作为线圈驱动器。
产品 发布时间 : 2022-04-24
华大半导体与您相约2024北京国际汽车展览会,提供芯片一体化解决方案、智能汽车软件和车联网服务
华大半导体邀您相约2024北京国际汽车展览会!2024(第十八届)北京国际汽车展览会零部件展于4月25日~4月27日在北京中国国际展览中心(朝阳馆)开展,华大半导体在展位号4035等您来咨询。
原厂动态 发布时间 : 2024-04-24
【产品】20A、450V N通道点火IGBT,点火线圈和驱动线圈应用的理想选择
Littelfuse推出的NGB8245系列电源半导体,这款逻辑电平绝缘栅双极晶体管(IGBT)配有集成ESD与过压箝位保护装置的单片电路,可用于感应线圈驱动器应用。 主要用于点火、直接燃油喷射或需要高电压与高电流切换的应用。
新产品 发布时间 : 2018-07-20
ROHM(罗姆)IGBT选型指南(英文)
描述- ROHM's IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors) contribute to higher efficiency and energy savings for a wide range of high voltage and high current applications.ROHM's IGBTs contribute to greater efficiency and energy savings in a variety of high-voltage, large-current applications, including electric vehicles (EVs), trains, air conditioners, portable welding machines, DC/AC inverters.
型号- RGSX5TS65HR,RGW50TS65,RGS30TSX2DHR,RGW50TK65,RGTH40TS65,RGW40TK65,RGWX5TS65HR,RGS60TS65DHR,RGW40TS65,RGW00TS65DHR,RGSX5TS65DHR,RGS30TSX2D,RGTH50TS65,RGT20TM65D,RGTH60TS65D,RGW80TS65DHR,RGT8NS65D,RGPR50NL45HRB,RGTH60TK65D,RGT40NL65D,RGTH40TK65,RGTH00TK65D,RGT40TS65D,RGT30NS65D,RGW80TS65,RGTVX2TS65,RGW80TK65,RGT50TM65D,RGTV60TK65D,RGT16NL65D,RGW60TS65D,RGTV60TS65D,RGT50NS65D,RGS50TSX2D,RGC80TSX8R,RGW60TK65D,RGW00TK65D,RGS30TSX2HR,RGS80TSX2HR,RGTH50TK65,RGW00TS65CHR,RGTH80TS65,RGT40TM65D,RGCL80TK60,RGS30TSX2,RGTVX2TS65D,RGS00TS65DHR,RGPR20BM36HR,RGW60TS65EHR,RGW00TS65D,RGT40NS65D,RGTH80TK65,RGCL80TS60,RGS80TSX2DHR,RGW80TS65CHR,RGTH80TS65D,RGPZ10BM40FH,RGT20NL65D,RGTHD40TS65HR,RGWX5TS65EHR,RGS60TS65HR,RGTH80TK65D,RGS80TS65HR,RGT80TS65D,RGPZ30BM56HR,RGTH50TS65D,RGPR20NL43HR,RGW60TS65HR,RGW00TS65HR,RGW50TK65D,RGS80TS65DHR,RGS80TSX2,RGT50TS65D,RGW00TS65,RGW80TS65HR,RGSX5TS65E,RGT30NL65D,RGTVX6TS65,RGW80TK65E,RGW80TK65D,RGT30TM65D,RGW80TS65D,RGPR30NS40HR,RGS00TS65EHR,RGW60TS65DHR,RGWX5TS65D,RGW50TS65D,RGCL60TS60,RGT8TM65D,RGS50TSX2,RGPR10BM40FH,RGCL60TK60,RGTV80TK65,RGCL80TK60D,RGCL80TS60D,RGTV00TK65D,RGS50TSX2DHR,RGTV80TS65,RGTV00TS65D,RGT8BM65D,RGWX5TS65DHR,RGTH00TS65D,RGT20NL65,RGTV60TS65,RGTV00TK65,RGWX5TS65,RGTV00TS65,RGCL60TK60D,RGT8NL65D,RGTH00TK65,RGTV60TK65,RGPR30BM40HR,RGTH60TK65,RGT60TS65D,RGT16NS65D,RGT20NS65D,RGS50TSX2HR,RGTVX6TS65D,RGW00TS65EHR,RGTH40TS65D,RGT00TS65D,RGS80TSX2D,RGTH40TK65D,RGSX5TS65EHR,RGPR20NS43HR,RGW60TS65CHR,RGW40TK65D,RGT50NL65D,RGW00TK65,RGW80TS65EHR,RGW40TS65D,RGCL60TS60D,RGS00TS65HR,RGTV80TS65D,RGW60TS65,RGTH60TS65,RGTH50TK65D,RGT16BM65D,RGT16TM65D,RGPR30BM56HR,RGW60TK65,RGTV80TK65D,RGTH00TS65
上海贝岭凭借LED车灯驱动和点火IGBT荣获“2023汽车芯片50强”,充分展示汽车电子领域实力
2023年11月28日, “芯向亦庄”汽车芯片大赛在北京亦庄圆满落幕。本次大赛近百家企业入围四大奖项,约数十万行业人士关注。通过前期紧张的网络票选以及方案评选,上海贝岭凭借LED车灯驱动MEDS92630和点火IGBT BLG3040/BLQG3040脱颖而出,荣获“2023汽车芯片50强”,展示了上海贝岭在汽车电子领域的实力。
产品 发布时间 : 2023-12-02
【产品】20A、400V!N通道IGBT,应用于汽车点火系统
Littelfuse的NGD8201A 系列新产品是一款N沟道的绝缘栅双极晶体管,其配有集成ESD与过压箝位保护装置的单片电路,这使它可用于感应线圈驱动器应用。其主要用途包括点火、直接燃油喷射或需要高压与高电流切换的应用。
新产品 发布时间 : 2018-04-19
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服务
模切产品精度±0.1mm,五金模精度±0.03mm,刀模精度±0.1mm;产品尺寸:10*10mm~45*750mm,厚度范围:0.1~0.7mm。支持麦拉、导热片、导热硅胶片、导热矽胶布、绝缘导热布、小五金等材料模切。
最小起订量: 1 提交需求>
定制液冷板尺寸5mm*5mm~3m*1.8m,厚度2mm-100mm,单相液冷板散热能力最高300W/cm²。
最小起订量: 1片 提交需求>
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