安森美（onsemi）在2024年先后推出两款超强功率半导体模块新贵，IGBT模块系列——SPM31 IPM，QDual 3。值得注意的是，背后都提到采用了最新的FS7技术，主要性能拉满，形成业内独特的领先优势。
解密FS7“附体”的超能力
众所周知，IGBT是一种广泛应用于电力电子领域的半导体器件，结合了金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）和双极结型晶体管（BJT）的优点，具有高输入阻抗和低导通电压降的特点。而安森美的Field Stop技术则是IGBT的一种改进技术，通过在器件的漂移区引入一个场截止层来优化其性能，实现更低的导通损耗、更快的开关速度、更高的热性能，以及更高的耐压能力。
安森美最新的IGBT 技术Field Stop 7 (场阻，FS7)其性能比前几代产品有所提升。该技术经过优化，分为两种不同的版本。第一种版本称为R系列，即中速器件。这些器件针对饱和状态下的低集电极到发射极电压进行了优化，可在电机控制等开关频率较低的应用中降低导通损耗。
第二种版本是S系列，即高速器件。这些器件针对最低开关损耗进行了优化，可用于高功率转换，如商用太阳能逆变器、不间断电源和储能系统。两种版本都包含一个针对低正向电压和柔软度进行了优化的反并联二极管。
这里展示了R系列或低VCE(sat)器件的性能特征。直流性能曲线表明，+25℃时V CE(sat)极低，为1.37 V，二极管正向电压为1.74 V。交流性能曲线表明，在1200 V、150 A 型号上测试的开关损耗非常低，短路耐受时间约为8 μs。
FS7 IGBT 是高性能器件，额定电压为1,200 V，额定电流范围为40 A 至160 A。适用于高功率太阳能逆变器、不间断电源、储能系统和电机控制等要求苛刻的应用。1,200 V FS7 器件提供低VCE(sat)版本，以改善导通损耗，以及低开关损耗版本改善开关损耗。
最新的SPM31智能功率模块解读
今年初推出的最新一代FS7 IGBT产品是支持1200V的SPM31智能功率模块(IPM)。SPM31 IPM主要优势是效率更高、体积更小、功率密度更高，因此总系统成本低于市场上其他解决方案。
由于使用优化的IGBT可实现更高的效率，这些IPM非常适合三相逆变器驱动应用，例如热泵、商用HVAC系统、伺服电机以及工业泵和风扇。与上一代产品相比，采用FS7 IGBT 技术的25A 额定SPM31 可将功率损耗降低高达10%，并将功率密度提高高达9%。
这些高度集成的模块包含栅极驱动IC，多个模块内保护功能以及FS7 IGBT，可实现业界领先的热性能，并能够支持15A, 25A和35A三种电流规格。。凭借一流的功率密度，SPM31 FS7 IGBT IPM 是节省安装空间、提高性能预期并缩短开发时间的理想解决方案。此外，SPM31 IPM 还具有以下优势：
栅极驱动器和保护装置的控制
低损耗、具有抗短路能力的额定 IGBT
三相下桥IGBT的源极分开引出，以支持多种控制算法
内置欠压保护（UVP）
内置自举二极管和自举限流电阻
内置高速高压集成电路
单接地电源
面向逆变器应用的先进电源技术
QDual 3 模块集成了新一代1200V FS7 IGBT和二极管技术，可为大功率应用提供更优异的性能。与前几代产品相比，基于FS7的技术能显著改善导通损耗。
在FS7 IGBT工艺中，沟槽窄台面带来了低VCE(SAT)和高功率密度，而质子注入多重缓冲确保了稳健性和软开关特性。如前面提到，安森美中速FS7器件的VCE(SAT)低至1.65V，适用于运动控制应用；而其FS7快速产品的EOFF仅57 μJ/A，针对于像太阳能逆变器和CAV等高功率应用而言，这些特性非常重要。
目前，根据不同的应用需求有两种产品可供选择——NXH800H120L7QDSG和SNXH800H120L7QDSG。专用QDual 3半桥IGBT模块NXH800H120L7QDSG适用于集中式光伏逆变器、储能系统、不间断电源(UPS)；而SNXH800H120L7QDSG则适用于CAV。这两款器件均基于FS7技术打造，VCE(SAT)和EOFF有所改进，进而降低了损耗、提高了能效。
创新型FS7技术使新型QDual3模块中的芯片尺寸比上一代缩小了30%。这种小型化与先进的封装相结合，可以显著提高最大额定电流。在工作温度高达150摄氏度的电机控制应用中，QDual3的输出功率为100 kW 至340 kW，比目前市场上的其他产品高出大约12%。
例如，以当前使用600A IGBT 模块以ANPC/INPC架构来设计1.725 MW逆变器为例，总共将需要36个模块。然而，若使用额定工作电流为800A的新型NXH800H120L7QDSG和SNXH800H120L7QDSG，设计所需模块数量将减少9个。相应地，设计的尺寸、重量和成本将节省25%。这对于太阳能应用和CAV应用来说都非常有价值，因为重量的减轻和效率的提高，将使得车辆行驶里程有所增加。
总结
安森美FS7等新型半导体技术支持开发低损耗、大功率器件，以满足这些领域的效率和可靠性需求。基于这项技术，安森美的新型SPM31 IPM和QDual3器件采用紧凑封装，可实现高功率密度和出色能效，分别为热泵、商用HVAC系统、伺服电机以及工业泵和风扇，以及集中式光伏逆变器、储能系统、商用农业车辆和工业电机驱动器带来主要性能的快速迭代机遇。
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