利用安森美IGBT实现高能效的高性能开关应用

　　今天，不论是用在工业领域还是民用产品的开关应用，绝缘栅双极晶体管(IGBT)都可以提供有效的解决方案，以实现最终产品的高能效和高性能。在节能至上的市场上，电子设计人员首选可以实现高能效的器件，而且要针对不同应用选择合适的IGBT。推动高能效创新的安森美半导体提供丰富的分立式IGBT方案，广泛用于电磁炉、不间断电源(UPS )、太阳能逆变器和逆变电焊机等领域。

　　IGBT技术概述

　　IGBT有强耐能量冲击能力和强耐短路电流能力 (5至10微秒)。现有IGBT包括沟道非穿通型 (NPT)、沟道场截止型 (FS) 第一代和沟道场截止型第二代IGBT等类型。随着制造工艺的进步，开始采用50微米晶圆及金属背板，超薄晶圆及其背面处理工艺减少了IGBT的导通和开关损耗。

　　对比沟道非穿通型和沟道场截止型IGBT可以发现，前者的电场强度在硅漂移区 (n-FZ)线性递减到0，硅漂移区厚度与耐压成线性正比，因此具有高导通压降和高关断损耗;后者用N缓冲层减少了硅漂移区的厚度，实现了超薄晶圆，从而实现了低导通压降和低关断损耗 (图1)。

　　从技术趋势看，6至8英寸晶圆的厚度在不断缩减，从最初的250 μm到目前生产的100 μm和75 μm，还有50 μm和40 μm厚度正在研发当中。可以预期，今后IGBT的性能仍有望提高。

　　安森美半导体IGBT产品及应用市场

　　安森美半导体提供完善的IGBT产品系列，可以根据频率、应用和电压进行分类 (表1)，不同产品有不同的特性和应用范围。

　　安森美半导体的29款场截止第一代IGBT中600伏 IGBT 性能接近或超过市场领先产品;新发布的8款1200伏/1350伏用于电磁感应加热的场截止型第二代IGBT，其性能领先于市场同类产品;还有新发布的3款1200伏场截止型第二代通用IGBT，性能与市场同类产品相媲美。

　　在工业应用方面，分立式IGBT的市场应用主要包括电机驱动、逆变式电焊机、变频驱动、功率因数校正，安森美半导体提供的主要产品有1200 V/ 15 A-40 A及600 V/ 30 A-50 A;用于不间断电源、太阳能逆变器、高效功率转换器应用的主要产品是600 V/30 A-50 A及1200 V/15 A-40 A;而用于家用电器，如电火锅和电饭锅、厨用电炉、空调机功率因数校正的主要产品有1200V/15A-40A、600V/30A-40A和600V/30A-50A。

　　安森美半导体同时提供相应的技术支持，如2千瓦电机驱动测试系统、2千瓦电磁炉测试系统、3千瓦功率因数校正测试板、10千瓦中点钳位转换器，以及用于测试IGBT模块的100千瓦太阳能逆变器，350安培逆变式电焊机正在开发中。

　　安森美半导体IGBT产品应用示例

　　1) 电磁感应加热
　　安森美半导体的IGBT采用沟道场截止工艺，以合理的价格提供可靠性和优良的开关性能。其600伏30安培和40安培场截止型第一代IGBT导通电压低、开关损耗小，专门为半桥谐振式电磁感应加热设备设计，产品包括NGTB40N60IHLWG和NGTB30N60IHLWG;其1200伏15安培到40安培场截止型第一代IGBT导通电压低、开关损耗小，专门为单端谐振式电磁感应加热设备设计，产品包括NGTB15N120IHLWG、NGTB20N120IHLWG、NGTB25N120IHLWG、NGTB30N120IHLWG、NGTB40N120IHLWG、NGTB20N120IHSWG和NGTB30N120IHSWG。两者均可降低并联续流二极管的正向导通电压。而近期推出的用于电磁感应加热的15安培到40安培的1200伏和1350伏第二代场截止型IGBT系列可提供更低的开关损耗，工作可靠，适用于各类谐振和软开关应用，典型产品包括NGTB30N120IHR、NGTB30N135IHR、NGTB40N120IHR和NGTB40N135IHR等。这些器件的优点是提升系统开关效率低功率损耗和节省线路板空间。安森美半导体为此开发了用于IGBT测试的2千瓦单端谐振电磁炉测试平台。

　　•2) 电机驱动
　　安森美半导体的通用型600伏非穿通型IGBT包括15到50安培的一系列型号(包括NGTB15N60EG、NGTB30N60FWG和NGTB50N60FWB等)，以及通用型1200伏IGBT包括15到40安培的一系列型号 (采用第一代场截止工艺，包括NGTB15N120LWG、NGTB20N120LWG、NGTB25N120LWG、NGTB30N120WG和NGTB40N120LWG)，可降低并联续流二极管的正向导通电压，具有导通电压低、开关损耗小、提升系统效率、节省线路板空间等优点，广泛用于包括电机驱动、各种逆变器、变频驱动、泵、空气交换机等工业领域的硬开关电路。安森美半导体开发了用于IGBT测试三相全桥2千瓦电机驱动系统测试平台。