憑借20多年的現(xiàn)場應用經(jīng)驗和多達4600萬件的現(xiàn)場使用量，MiniSKiiP已經(jīng)成為中、低功率電機驅動應用的標準平臺。
2017年，MiniSKiiP迎來了20歲的生日。2019年，賽米控展示了它的創(chuàng)新能力，將最新的第7代IGBT芯片引入MiniSKiiP產(chǎn)品，在功率密度和性能上為中、低功率電機驅動應用樹立了一個新的標準。2020年，MiniSKiiP再次成為焦點。為了進一步擴充產(chǎn)能，賽米控在中國新增MiniSKiiP生產(chǎn)線，現(xiàn)已實現(xiàn)量產(chǎn)。
賽米控中國 MiniSKiiP 新生產(chǎn)線
2020年4月6日，賽米控中國MiniSKiiP新生產(chǎn)線正式量產(chǎn)！MiniSKiiP新產(chǎn)線項目從擴大廠房，引進安裝新的自動化生產(chǎn)設備，對生產(chǎn)人員進行集中培訓，經(jīng)歷了18個月的時間。現(xiàn)在，MiniSKiiP第4號生產(chǎn)線已經(jīng)實現(xiàn)了量產(chǎn)。新生產(chǎn)線將首先生產(chǎn)應用于電機驅動的產(chǎn)品型號。接下來，賽米控將把太陽能和儲能系統(tǒng)相關的產(chǎn)品型號轉移到中國生產(chǎn)。MiniSKiiP在中國的新生產(chǎn)線將進一步確保供應鏈的安全，為中國客戶提供更為快速的交付服務。
MiniSKiiP 產(chǎn)品理念
MiniSKiiP產(chǎn)品的設計特點是在負載和門極端子中使用易于裝配且便于維護的彈簧連接。相較于需要昂貴的焊接設備、焊接過程費時的傳統(tǒng)焊接模塊，MiniSKiiP組裝無需任何特殊工具，僅使用一到兩個螺絲連接，一步便可組裝好印刷電路板（PCB）、功率模塊和散熱片。
圖1：MiniSKiiP裝配示意圖
圖2：MiniSKiiP系列封裝
MiniSKiiP可以提供電機驅動應用的所有拓撲，如CIB(變流器-逆變器-制動器，即整流器、電機逆變器和制動斬波器)和帶有獨立整流器和制動斬波器模塊的三相全橋，實現(xiàn)了從0.4kW到110kW輸出功率的完全可擴展的變頻器設計。相關電壓等級包括：600V/650V、1200V和1700V，支持200VAC、400VAC甚至690VAC電壓等級的電機驅動應用。在整流器方面，設計者可以選擇不控、半控或者全控晶閘管模塊。
在整個功率和電壓范圍內，MiniSKiiP的易安裝和擴展性都可以給客戶帶來成本優(yōu)勢。另一個顯著的優(yōu)勢在于產(chǎn)品的品質保證，每一個MiniSKiiP出廠時都經(jīng)過100%的電氣測試。
MiniSKiiP 結合第七代IGBT芯片
與前幾代芯片相比，第7代IGBT芯片具有四個主要優(yōu)勢。第一，第7代IGBT芯片改善了濕度的魯棒性從而提高了可靠性；其次，它降低了傳導損耗(Vce,sat)；再者，新一代的芯片具有更強的過載能力；最后，顯而易見的是，它的物理芯片尺寸縮小了。
得益于第7代IGBT更小的芯片尺寸，我們現(xiàn)在可以在相同的模塊封裝中配置更大額定電流的芯片。它給我們提供了兩種產(chǎn)品設計的選擇：可以在更小的芯片區(qū)域實現(xiàn)相同的電流額定值，或者在相同的芯片區(qū)域增加電流額定值。比如，與前一代芯片 IGBT 4相比， MiniSKiiP 1200V三相全橋模塊的最大額定電流是150A，現(xiàn)在應用第7代IGBT芯片，最大額定電流可以達到200A。當然，原有的150A版本依然保留。
第7代IGBT的導通損耗較低，開關損耗與IGBT 4相近，總體而言芯片的損耗是降低的。但是，第7代IGBT芯片體積更小，相應的熱阻Rth(j-s)會變高，散熱效果會變差。盡管熱阻變高，但低損耗帶來的優(yōu)勢更為顯著。更小的損耗使得效率明顯提升且降低了散熱器的設計成本，這些優(yōu)勢足以彌補熱阻變高的缺陷。
第7代IGBT芯片是專為電機驅動應用而設計，與上一代芯片IGBT 4相比，性能和特性高下立見。圖3顯示了在100A輸出電流的工況下，不同芯片功率損耗與PWM頻率之間的關系。IGBT 7的功率損耗明顯低于IGBT 4：150A模塊在2kHz時，IGBT 7的功率損耗比IGBT 4低15%（12W)，200A模塊則低24%（19W）。
圖3：不同IGBT芯片損耗與PWM頻率的關系
較低的功率損耗可以為系統(tǒng)設計者帶來不同的設計選擇：增加負載電流或提升PWM開關頻率。在100A輸出電流的工況下，使用IGBT 4，系統(tǒng)開關頻率只能做到3.9kHz。但是使用相同電流規(guī)格的IGBT 7，系統(tǒng)開關頻率可以達到4.5kHz。如果使用更大電流等級的IGBT 7芯片，可以實現(xiàn)5.6kHz的開頻率（圖4）。限制因素是IGBT芯片允許的150℃連續(xù)工作的最大建議結溫。第二種設計方案是在2kHz 開關頻率下，將模塊的連續(xù)負載電流從115A增加到122A（使用150A IGBT 7芯片），甚至增加到138A（使用200A IGBT 7芯片）。
圖4： 不同IGBT結溫與PWM頻率的關系
出于安全因素的考慮，IGBT 4并不建議在超過150°C結溫時使用，因為在這種情況下，一旦出現(xiàn)過流情況，產(chǎn)品可能會失效。然而，第7代IGBT芯片的暫態(tài)結溫可以達到175°C，且持續(xù)一分鐘。在用150A第7代IGBT芯片取代150A的IGBT 4芯片的三相全橋MiniSKiiP模塊中，一分鐘內過載系數(shù)為1.12。如果使用200A第7代IGBT芯片，甚至可以達到1.14的過載系數(shù)。
圖5： 最大持續(xù)過載電流Tj, IGBT
結論
功率密度大師MiniSKiiP利用最新一代IGBT 7芯片和久經(jīng)考驗的賽米控封裝技術，使其性能更上一層樓。賽米控中國MiniSKiiP新生產(chǎn)線，將為中國客戶提供更為快速的交付服務，進一步確保了供應鏈的安全。MiniSKiiP為大規(guī)模和可擴展的電機驅動應用提供了完美的解決方案。
