一、

概述

中國產(chǎn)業(yè)升級持續(xù)提速，制造業(yè)智能化、自動化邁入新階段，市場對高精度電機控制器的需求日益迫切。伺服控制器作為精準控制與自動化生產(chǎn)的核心部件，其市場規(guī)模正隨產(chǎn)業(yè)升級浪潮持續(xù)擴大。在機器人等熱門領(lǐng)域，高性能伺服控制器是實現(xiàn)設備精準動作、復雜任務執(zhí)行的關(guān)鍵支撐。功率器件作為伺服控制器的核心組成，直接決定產(chǎn)品的功率輸出、控制精度與運行可靠性。依托多年設計與生產(chǎn)積淀，上海貝嶺針對性優(yōu)化產(chǎn)品參數(shù)，面向高性能伺服控制器場景推出 650V FBL 系列 IGBT 產(chǎn)品。該系列產(chǎn)品電流等級覆蓋 8A-30A，可充分匹配伺服控制器的核心性能需求。

二、

伺服控制器應用拓撲

伺服控制器的控制核心基于閉環(huán)反饋控制，微處理器（MCU）通過實時對比上位機給出的指令信號和電流、位置傳感器反饋的電流、位置信號，動態(tài)調(diào)節(jié)輸出功率，使得電機能夠精準執(zhí)行位置、速度或力矩指令。由隔離驅(qū)動器驅(qū)動和六顆絕緣柵雙極型晶體管（Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT）組成的三相逆變橋是精準控制的核心。

圖1 伺服控制器拓撲圖

三、

貝嶺IGBT技術(shù)平臺

650V FBL系列產(chǎn)品基于貝嶺G2 Trench FS IGBT工藝平臺，對標市場主流的4代產(chǎn)品工藝，采用微溝槽工藝，正面結(jié)構(gòu)采用精心設計的“Gate溝槽+dummy溝槽” 比例，背面采用優(yōu)化的H FS工藝，使得產(chǎn)品在導通壓降Vce(sat) 與開關(guān)損耗Esw之間取得良好折衷，以及優(yōu)秀的短路能力；終端采用優(yōu)化的“FLR+場板技術(shù)”，可實現(xiàn)175℃的最高工作結(jié)溫，并且可以通過HV-H3TRB的加嚴可靠性測試。

四、

650V FBL系列產(chǎn)品核心優(yōu)勢

能效領(lǐng)跑——低飽和壓降Vce(sat)和低正向壓降VF

在伺服控制器應用中，典型開關(guān)頻率范圍為8-16kHz，IGBT和與其并聯(lián)的快恢復二極管（Fast Recovery Diode, FRD）的導通損耗Econ占器件總體損耗的比例較高。IGBT的導通壓降Vce(sat)和FRD的正向壓降VF是影響導通損耗Econ的關(guān)鍵參數(shù)。圖2和圖3分別展示了在節(jié)溫25℃和125℃時，貝嶺 FBL系列產(chǎn)品和市場主流IGBT系列產(chǎn)品導通壓降Vce(sat)典型值的對比；圖4和圖5分別展示了在節(jié)溫25℃和125℃時，F(xiàn)RD正向壓降VF典型值的對比。在常溫，高溫下，貝嶺 FBL系列產(chǎn)品的IGBT飽和壓降和FRD正向壓降均優(yōu)于競品，可直接減少伺服控制器導通損耗，不僅能降低設備運行時的能耗成本，還能減輕散熱模塊負擔，縮小設備體積，延長整機壽命，提高系統(tǒng)可靠性。

圖2 25℃時IGBT飽和壓降Vce(sat)典型值對比

圖3 125℃時IGBT飽和壓降Vce(sat)典型值對比

*數(shù)據(jù)測試條件為相同封裝，柵-發(fā)射極電壓Vge為15V，測試電流Ic為各產(chǎn)品標稱電流值

圖4 25℃時 FRD正向壓降VF典型值對比

圖5 125℃時 FRD正向壓降VF典型值對比

*數(shù)據(jù)測試條件為相同封裝，測試電流IF為各產(chǎn)品標稱電流值

動態(tài)性能升級——低開關(guān)損耗Esw

IGBT作為開關(guān)器件，其在應用中的開關(guān)損耗也不容忽視，圖6 展示了在節(jié)溫25℃時，貝嶺FBL系列產(chǎn)品與競品的開關(guān)損耗對比。在器件開通時刻電壓壓擺率相同的條件下，貝嶺 FBL系列產(chǎn)品的開關(guān)損耗與競品接近，其中10A 和30A 產(chǎn)品更具優(yōu)勢，可更好地適配伺服控制器高頻開關(guān)需求，使得電機啟停、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)響應更快，設備執(zhí)行精準動作時更流暢，減少控制偏差。

圖6 25℃時 IGBT開關(guān)損耗對比

*數(shù)據(jù)測試條件為相同封裝，柵-發(fā)射極電壓Vge為15V/0V，測試電流Ic為各產(chǎn)品標稱電流值，相同開通電壓壓擺率

抗短路能力強勁——超長耐受

貝嶺650V FBL系列IGBT產(chǎn)品針對伺服控制器應用，著重優(yōu)化器件的短路耐受能力，器件可在高柵極驅(qū)動電壓（18V）和高節(jié)溫（175℃）的雙高條件下，依舊維持較長的短路時長，保障伺服控制器的安全運行。圖7展示了BLG30T65FBL在420V 母線電壓下（柵極驅(qū)動電壓18V、節(jié)溫175℃），器件短路耐受波形。即便在高溫、高電壓的惡劣工況下，也能避免器件因短路損壞，減少伺服控制器突發(fā)停機，降低產(chǎn)線運維成本。

圖7 BLG30T65FBL高溫、高柵壓下短路耐受波形

五、

貝嶺功率器件選型方案

上海貝嶺針對伺服控制器、通用變頻器、工業(yè)縫紉機、跑步機、通用風機、園林工具等應用設計有多條650V IGBT產(chǎn)品線，涵蓋電流等級8A-80A器件，歡迎垂詢！具體型號參考表1。在高壓伺服驅(qū)動器中，除了核心的功率器件，高效可靠的電源管理和信號處理芯片同樣是確保系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠運行的關(guān)鍵，上海貝嶺可提供電機控制相關(guān)的完整配套解決方案，具體型號參考表2。

表1 功率器件選型列表

表2 貝嶺電機控制系統(tǒng)選型列表