如何將新模塊設計的所有方面與提供終產(chǎn)品的既定目標相結合。有了這個，它將適合所有要求，以及與現(xiàn)有的 HybridPACK 2 HP2 模塊相比，它進行了哪些改進。
　　本文的重點將放在其中三個技術要求上：降低功率損耗、模塊封裝和更高的失速電流額定值，成本在所有設計決策中投下了長長的陰影。生成的模塊封裝如圖 1 所示。

　　HybridPACK Drive，HPDrive 模塊封裝

　　圖 1：HybridPACK Drive，HPDrive 模塊封裝
　　減少損失
　　在典型的功率轉換器中，IGBT 模塊是大部分功率損耗的來源。隨著能源能力的提高，可以減少損耗。例如，由內(nèi)燃機 ICE 驅動的電池組或發(fā)電機，但它將降低對整個冷卻系統(tǒng)（即泵、熱交換器等）的要求。所有這些都可以節(jié)省車輛的成本和重量。模塊中的損耗主要有三個硅傳導損耗、硅開關損耗以及銅或 I2R 損耗。
　　Conduction Losses
　　對于該模塊，開發(fā)了一個名為 Electric Drive Train 2， EDT2 的新芯片。新型 EDT2 750V IGBT 芯片具有與上一代 IGBT3 650V 類似的垂直結構，但使用基于 TRENCHSTOP 5 芯片設計的“微圖形溝槽”結構進行了改進，臺面寬度為亞微米級（見圖 2）。這種結構使該器件具有非常低的正向壓降 （Vcesat），同時仍保持≈ 5μS 的短路能力（見圖 3）。

　　IGBT3 650V 和 EDT2 電池幾何形狀的垂直結構

　　圖 2：IGBT3 650V 和 EDT2 電池幾何形狀的垂直結構

　　相同尺寸的 IGBT3 和 EDT2 芯片的輸出特性

　　圖 3：相同尺寸的 IGBT3 和 EDT2 芯片的輸出特性
　　開關損耗

　　選擇 p 發(fā)射極強度作為浪涌電壓能力和開關速度之間的折衷方案。除了峰值過壓承受水平外，p 發(fā)射極還會影響 Eoff 與 Vcesat 的權衡點。阻斷電壓從 650V 增加到 750V 100V，限度地減少了作為限制因素的過壓。結果表明，無需降低開關速度，例如通過使用增加的外部柵極電阻器來保持在 IGBT RBSOA 曲線內(nèi)。如圖 4 所示，與在 440V 總線電壓下以增加柵極電阻值工作的 IGBT3 相比，關斷損耗降低了 29%。

　　VDC = 400V 時，IGBT3 和 EDT2 在同一封裝中測得的關斷損耗比較。

　　圖 4：VDC = 400V 時，IGBT3 和 EDT2 在同一封裝中測得的關斷損耗比較。

　　針對 HPDrive 優(yōu)化的芯片布局

　　圖 5：HPDrive 的優(yōu)化芯片布局
　　I2R 損耗
　　經(jīng)常被忽視的是，模塊內(nèi)部的 I2R 或銅損耗可能很大，尤其是在高 rms 電流下。這種損耗的三個主要組成部分是主總線端子、直接銅鍵合 DCB 陶瓷的頂面以及連接到芯片頂部的鍵合線。在設計 IGBT 芯片時，柵極焊盤位于芯片側面而不是中心，從而為主發(fā)射極電流路徑提供更大的銅面積（見圖 5）。此外，將芯片的形狀調(diào)整為更矩形，可以將鍵合線的數(shù)量從 8 增加到 10 個，并且更短，以便連接頂部芯片（見圖 5）?？偟膩碚f，串聯(lián)電阻降低了 20%。
　　HPDrive 封裝設計
　　基本 HPDrive 封裝繼承了久經(jīng)考驗的 HP2 系列的引腳、翅片和內(nèi)部材料堆棧。然而，HPDrive 的底板縮小了 36%，重量減輕了 40%，所有這些都降低了成本。它還引入了靈活的控制引腳布局系統(tǒng)，使模塊設計人員能夠優(yōu)化控制引腳的布局（見圖 1）。這減少了 DBC 上控制連接所需的銅線區(qū)域。此外，由于控制引腳未模制到封裝中，因此未來的升級（如片上溫度或電流感應）可以更輕松地集成到封裝中。
　　PressFit 技術用于信號引腳的連接。與選擇性焊接相比，這是一種快速可靠的生產(chǎn)工藝，并且氣密連接對腐蝕性環(huán)境和振動非常堅固。對于電源片，DC 端子高度交錯，以簡化與層壓 DC 總線的連接，并且可以選擇加長的輸出端子以適合電流傳感器（參見圖 6）。由于電流傳感器端子與模塊控制端子高度相同，因此電流傳感器可以直接連接到柵極驅動器 PCB，無需使用額外的電纜和連接器。更小的封裝和模塊內(nèi)部布局的優(yōu)化使電感從 14nH （HP2） 降低到 8nH，降低了 40%。這減少了 IGBT 的電壓過沖，從而允許更快的開關速度和/或在更高的直流總線電壓下運行。
　　鎖定轉子/堵轉電流額定值
　　失速或鎖定轉子模式（有時稱為“hill-hold”）通常是器件硅上溫度應力的點，因為電流可以在正弦波電流波形的峰值處流入單個器件。因此，拐角工作點可以設置功率模塊電流能力的限制。新型 EDT2 芯片能夠在 175°C 下短時間（不到 10 秒）運行，以滿足失速條件要求。表 1 比較了 HPDrive 和 HP2 在失速時的運行情況，表明 300mm2 的 EDT2 芯片可以匹配 400mm2 IGBT3 芯片的失速電流額定值。

　　HPDrive 和 HP2 模塊在 2kHz、400Vdc 總線、500Arms、707A 峰值、80C 冷卻劑和 50% 占空比下的比較

　　表 1：HPDrive 和 HP2 模塊在 2kHz、400Vdc 總線、500Arms、707A 峰值、80C 冷卻劑和 50% 占空比下的比較
　　然而，結溫并不是的限制因素，而是模塊壽命。這是由于溫度循環(huán)效應，這也是一個關鍵的設計標準。為了減輕高 ΔT 事件的影響，芯片焊接系統(tǒng)已得到改進，使功率循環(huán)秒能力提高了 40%，例如，在芯片的 ΔT 為 100K 時，可進行 60.000 次循環(huán)。
　　兩種不同的模塊設計路徑
　　新型低損耗、高額定溫度的 IGBT 和 Diode EDT2 芯片組的開發(fā)提供了兩種不同的模塊設計路徑。種設計是更小、更輕的模塊，具有與現(xiàn)有 HP2 模塊相似的輸出電流能力。同時，新封裝可以結合一些技術優(yōu)勢，例如較低的電感和壓接控制信號引腳。這是 HPDrive 選擇的設計路徑。第二種設計路徑是將 EDT2 芯片集成到現(xiàn)有的 HP2 封裝中，這允許將額定電流從 800A 增加到 1100A。有了這個，客戶可以選擇增加電流和電壓額定值，或者在更小、更低成本的封裝中保持相同的性能。此外，新的 HPDrive 模塊將有兩種類型：額定電流為 820A 的針鰭基板或額定電流為 660A 的平面基板。這些新的評級將擴展 HybridPACK 系列，并補充英飛凌廣泛的汽車和 CAV 級功率模塊系列，例如專為車輛牽引驅動而設計的 EconoDUAL 3 或 PrimePACK。