圖1給出了用人工中子束進行加速LTDS測試的結(jié)果，將額定電壓為1700V的現(xiàn)有器件與更高耐壓器件進行了比較。通過增加晶圓的電阻率來降低電場強度，從而可以將LTDS選擇性地設計在某一程度上。在圖1中，帶有漸變色的線（2）表示固定厚度晶圓在不同電阻率下的LTDS。這些線僅表示基于實際測試結(jié)果的經(jīng)過統(tǒng)計處理的數(shù)據(jù)，因此線的形狀并不能準確表現(xiàn)因宇宙射線誘發(fā)失效的物理理論。盡管較高的電阻率可改善LTDS，但應通過考慮其他基本性能（例如安全的開關性能、功率損耗等）來謹慎地選擇電阻率（以及厚度）的最終設計。

圖1 不同調(diào)整后器件的LTDS測試結(jié)果

 
3.2 安全的開關運行

2000V器件在V_cc=1500V情況下維持安全運行的典型開關行為得到了確認。測試樣品選自圖1所示的器件，具有一定的晶圓厚度和電阻率，可以滿足目標應用的LTDS要求。被測IGBT模塊的額定電流為400A。在圖2中，兩倍額定電流和Vcc=1500V的情況下IGBT安全和干凈關斷得到了確認。圖3顯示了RBSOA測試波形。在V_cc=1500V的條件下，IGBT在RBSOA的最外側(cè)（兩倍額定電流和2000V額定阻斷電壓的方形區(qū)域內(nèi)）安全關閉。

圖2  V_cc=1500V，I_c=2倍額定電流下IGBT關斷波形

圖3  Tvj=150℃時的RBSOA測試波形

二極管的階躍行為如圖4所示。在V_cc=1500V、小電流情況下，未發(fā)現(xiàn)快速的反向恢復行為。對于最終產(chǎn)品設計，必須謹慎考慮內(nèi)部并聯(lián)的器件和雜散電感效應。

將器件的額定電壓提高至2000V，功率損耗（導通和開關）必然會增加，這是其本身特性使然。受益于CSTBT^TM和RFC結(jié)構(gòu)，在保持足夠的LTDS性能的同時，總功耗增加在可控范圍內(nèi)。最關鍵的因素是特別要避免開關損耗的增加。因為除了目標應用中相對較高的開關頻率（1~ 3kHz）外，增加工作電壓Vcc本身就是IGBT和二極管開關損耗增大的關鍵因素。在2000V器件的設計中，這些關鍵因素得到了充分地考慮。將其與現(xiàn)有的1700V器件以及其它“1500Vdc參與者”進行了比較，以考察2000V器件在功率損耗性能方面的優(yōu)勢。關于比較對象的選擇中，一個是采用1200V器件的3電平NPC（I型）拓撲；另一個是采用作為比1700V更高電壓等級的3300V器件的兩電平拓撲。盡管3.3kV器件是針對要求更高直流母線電壓的牽引應用進行了優(yōu)化的。比較是在相同輸出功率/安裝面積的條件下進行的。1700V器件的輸出功率是設定在690Vac系統(tǒng)下的，其它器件為900Vac系統(tǒng)下的。與輸出電壓成反比關系，因此用于900Vac系統(tǒng)的輸出電流較小。假定安裝面積和熱阻為相同的封裝尺寸和技術。假設1200V、1700V和2000V模塊的額定電流為1200A，而3300V模塊則由于相對較大的芯片面積被認為是較小額定電流的。在采用1200V器件的3電平-NPC中，假定使用三個額定電流為1200A的雙管IGBT模塊；因此輸出功率條件增加了三倍，以使安裝面積/輸出功率比保持相同。（見表1）

2000V器件的性能在0.5 kHz至3kHz范圍內(nèi)可與現(xiàn)有1700V設備相媲美(圖5(a))。該結(jié)果表明，由于輸出電壓的增加，可以通過降低輸出電流來很好地補償增加的功率損耗(導通和開關)。由此可以得到顯著的系統(tǒng)益處（例如，降低電纜中的歐姆損耗，減少并網(wǎng)變壓器的繞組等），同時保持對電網(wǎng)的相同功率輸出。900Vac的其它解決方案也具有相同的優(yōu)點，但輸出功率較小。1500V的運行對3300V的器件技術顯然具有充足的裕量。采用1200V器件的三電平NPC在較低的開關頻率下，其性能受到輸出級高導通損耗的限制；因此，通常在較高的開關頻率下，其性能才會最大化，但是在這種應用條件下，輸入級的開關損耗會再次限制性能。逆變器效率是另一個關鍵方面。2000V器件在目標開關頻率附近（約2.4kHz）有著與其它器件相似的良好的效率表現(xiàn)（見圖5(b)）。

另外，我們還做了固定開關頻率為2.5kHz時的輸出功率性能比較（見圖6）。對于2000V和1700V器件，可實現(xiàn)的安裝面積/輸出功率比是非常相似的。但是，考慮到減小輸出電流帶來的好處，2000V器件的性能更好。如表2所示。