摘要：今天，不論是用在工業(yè)領(lǐng)域還是民用產(chǎn)品的開(kāi)關(guān)應(yīng)用，絕緣柵雙極晶體管（IGBT）都可以提供有效的解決方案，以實(shí)現(xiàn)終產(chǎn)品的高能效和高性能。本文主要介紹了利用安森美半導(dǎo)體IGBT實(shí)現(xiàn)高能效的高性能開(kāi)關(guān)應(yīng)用。

　　在節(jié)能至上的市場(chǎng)上，電子設(shè)計(jì)人員可以實(shí)現(xiàn)高能效的器件，而且要針對(duì)不同應(yīng)用選擇合適的IGBT.推動(dòng)高能效創(chuàng)新的安森美半導(dǎo)體提供豐富的分立式IGBT方案，廣泛用于電磁爐、不間斷電源（UPS ）、太陽(yáng)能逆變器和逆變電焊機(jī)等領(lǐng)域。

　　1  IGBT技術(shù)概述

　　IGBT有強(qiáng)耐能量沖擊能力和強(qiáng)耐短路電流能力 （5至10微秒）?，F(xiàn)有IGBT包括溝道非穿通型 （NPT）、溝道場(chǎng)截止型 （FS） 代和溝道場(chǎng)截止型第二代IGBT等類(lèi)型。隨著制造工藝的進(jìn)步，開(kāi)始采用50微米晶圓及金屬背板，超薄晶圓及其背面處理工藝減少了IGBT的導(dǎo)通和開(kāi)關(guān)損耗。

　　對(duì)比溝道非穿通型和溝道場(chǎng)截止型IGBT可以發(fā)現(xiàn)，前者的電場(chǎng)強(qiáng)度在硅漂移區(qū) （n-FZ）線(xiàn)性遞減到0,硅漂移區(qū)厚度與耐壓成線(xiàn)性正比，因此具有高導(dǎo)通壓降和高關(guān)斷損耗；后者用N緩沖層減少了硅漂移區(qū)的厚度，實(shí)現(xiàn)了超薄晶圓，從而實(shí)現(xiàn)了低導(dǎo)通壓降和低關(guān)斷損耗 （圖1）。

　　圖1:溝道非穿通型和溝道場(chǎng)截止型IGBT對(duì)比

　　從技術(shù)趨勢(shì)看，6至8英寸晶圓的厚度在不斷縮減，從初的250 μm到目前生產(chǎn)的100 μm和75 μm,還有50 μm和40 μm厚度正在研發(fā)當(dāng)中?？梢灶A(yù)期，今后IGBT的性能仍有望提高。

　　2  安森美半導(dǎo)體IGBT產(chǎn)品及應(yīng)用市場(chǎng)

　　安森美半導(dǎo)體提供完善的IGBT產(chǎn)品系列，可以根據(jù)頻率、應(yīng)用和電壓進(jìn)行分類(lèi) （表1），不同產(chǎn)品有不同的特性和應(yīng)用范圍。

　　表1:安森美半導(dǎo)體IGBT產(chǎn)品系列

　　安森美半導(dǎo)體的29款場(chǎng)截止代IGBT中600伏 IGBT 性能接近或超過(guò)市場(chǎng)產(chǎn)品；新發(fā)布的8款1200伏/1350伏用于電磁感應(yīng)加熱的場(chǎng)截止型第二代IGBT,其性能于市場(chǎng)同類(lèi)產(chǎn)品；還有新發(fā)布的3款1200伏場(chǎng)截止型第二代通用IGBT,性能與市場(chǎng)同類(lèi)產(chǎn)品相媲美。

　　在工業(yè)應(yīng)用方面，分立式IGBT的市場(chǎng)應(yīng)用主要包括電機(jī)驅(qū)動(dòng)、逆變式電焊機(jī)、變頻驅(qū)動(dòng)、功率因數(shù)校正，安森美半導(dǎo)體提供的主要產(chǎn)品有1200 V/ 15 A-40 A及600 V/ 30 A-50 A;用于不間斷電源、太陽(yáng)能逆變器、高效功率轉(zhuǎn)換器應(yīng)用的主要產(chǎn)品是600 V/30 A-50 A及1200 V/15 A-40 A;而用于家用電器，如電火鍋和電飯鍋、廚用電爐、空調(diào)機(jī)功率因數(shù)校正的主要產(chǎn)品有1200V/15A-40A、600V/30A-40A和600V/30A-50A.

　　安森美半導(dǎo)體同時(shí)提供相應(yīng)的技術(shù)支持，如2千瓦電機(jī)驅(qū)動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)、2千瓦電磁爐測(cè)試系統(tǒng)、3千瓦功率因數(shù)校正測(cè)試板、10千瓦中點(diǎn)鉗位轉(zhuǎn)換器，以及用于測(cè)試IGBT模塊的100千瓦太陽(yáng)能逆變器，350安培逆變式電焊機(jī)正在開(kāi)發(fā)中。

　　3  安森美半導(dǎo)體IGBT產(chǎn)品應(yīng)用示例

　　3.1電磁感應(yīng)加熱

　　安森美半導(dǎo)體的IGBT采用溝道場(chǎng)截止工藝，以合理的價(jià)格提供可靠性和優(yōu)良的開(kāi)關(guān)性能。其600伏30安培和40安培場(chǎng)截止型代IGBT導(dǎo)通電壓低、開(kāi)關(guān)損耗小，專(zhuān)門(mén)為半橋諧振式電磁感應(yīng)加熱設(shè)備設(shè)計(jì)，產(chǎn)品包括NGTB40N60IHLWG和NGTB30N60IHLWG;其1200伏15安培到40安培場(chǎng)截止型代IGBT導(dǎo)通電壓低、開(kāi)關(guān)損耗小，專(zhuān)門(mén)為單端諧振式電磁感應(yīng)加熱設(shè)備設(shè)計(jì)，產(chǎn)品包括NGTB15N120IHLWG、NGTB20N120IHLWG、NGTB25N120IHLWG、NGTB30N120IHLWG、NGTB40N120IHLWG、NGTB20N120IHSWG和NGTB30N120IHSWG.兩者均可降低并聯(lián)續(xù)流二極管的正向?qū)妷?。而近期推出的用于電磁感?yīng)加熱的15安培到40安培的1200伏和1350伏第二代場(chǎng)截止型IGBT系列可提供更低的開(kāi)關(guān)損耗，工作可靠，適用于各類(lèi)諧振和軟開(kāi)關(guān)應(yīng)用，典型產(chǎn)品包括NGTB30N120IHR、NGTB30N135IHR、NGTB40N120IHR和NGTB40N135IHR等。這些器件的優(yōu)點(diǎn)是提升系統(tǒng)開(kāi)關(guān)效率\低功率損耗和節(jié)省線(xiàn)路板空間。安森美半導(dǎo)體為此開(kāi)發(fā)了用于IGBT測(cè)試的2千瓦單端諧振電磁爐測(cè)試平臺(tái)。

　　圖2:600伏和1200伏電磁感應(yīng)加熱電路

　　3.2電機(jī)驅(qū)動(dòng)

　　安森美半導(dǎo)體的通用型600伏非穿通型IGBT包括15到50安培的一系列型號(hào)（包括NGTB15N60EG、NGTB30N60FWG和NGTB50N60FWB等），以及通用型1200伏IGBT包括15到40安培的一系列型號(hào) （采用代場(chǎng)截止工藝，包括NGTB15N120LWG、NGTB20N120LWG、NGTB25N120LWG、NGTB30N120WG和NGTB40N120LWG），可降低并聯(lián)續(xù)流二極管的正向?qū)妷?，具有?dǎo)通電壓低、開(kāi)關(guān)損耗小、提升系統(tǒng)效率、節(jié)省線(xiàn)路板空間等優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于包括電機(jī)驅(qū)動(dòng)、各種逆變器、變頻驅(qū)動(dòng)、泵、空氣交換機(jī)等工業(yè)領(lǐng)域的硬開(kāi)關(guān)電路。安森美半導(dǎo)體開(kāi)發(fā)了用于IGBT測(cè)試三相全橋2千瓦電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)測(cè)試平臺(tái)。

　　圖3:電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)測(cè)試平臺(tái)

　　3.3功率因數(shù)校正

　　安森美半導(dǎo)體的600伏專(zhuān)用于功率因數(shù)校正和升壓的600伏IGBT采用代場(chǎng)截止工藝，可以低廉價(jià)格實(shí)現(xiàn)可靠工作、低導(dǎo)通電壓和低開(kāi)關(guān)損耗，提升系統(tǒng)開(kāi)關(guān)效率，節(jié)省線(xiàn)路板空間，包括NGTG50N60FWG和NGTG30N60FWG等?；谶@類(lèi)應(yīng)用的特殊性，這類(lèi)IGBT不含并聯(lián)續(xù)流二極管，適用于太陽(yáng)能逆變器升壓轉(zhuǎn)換器、空調(diào)機(jī)空濾引述校正和不間斷電源功率因數(shù)校正等低頻硬開(kāi)關(guān)或是高頻軟開(kāi)關(guān)電路。安森美半導(dǎo)體開(kāi)發(fā)的單相3千瓦功率因數(shù)校正系統(tǒng)可用于IGBT的測(cè)試。

　　圖4:功率因數(shù)校正測(cè)試曲線(xiàn)

　　3.4逆變式電焊機(jī)

　　安森美半導(dǎo)體還提供一系列可用于逆變式電焊機(jī)的600伏和1200伏從15到50安培IGBT（包括NGTB50N120FL2和NGTB50N60FLWG等），采用場(chǎng)截止代工藝和場(chǎng)截止第二代工藝，這些IGBT有較低的導(dǎo)通壓降和開(kāi)關(guān)損耗，可降低并聯(lián)續(xù)流二極管正向?qū)▔?，提升系統(tǒng)開(kāi)關(guān)效率，低功率損耗，節(jié)省線(xiàn)路板空間，適用于全橋式逆變電焊機(jī)、半橋式逆變電焊機(jī)、電焊機(jī)功率因數(shù)校正、高頻電焊機(jī)、激光切割機(jī)等高速開(kāi)關(guān)應(yīng)用。

　　圖5:逆變式電焊機(jī)測(cè)試設(shè)備

　　3.5不間斷電源和太陽(yáng)能逆變器

　　安森美半導(dǎo)體用于不間斷電源和太陽(yáng)能逆變器 （包括中點(diǎn)鉗位式逆變器） 的1200伏和600伏IGBT（包括NGTB50N120FL2和NGTB50N60FLWG等）采用場(chǎng)截止代和場(chǎng)截止第二代工藝，價(jià)格低廉，工作可靠，導(dǎo)通電壓低，開(kāi)關(guān)損耗小，并聯(lián)的高速續(xù)流二極管正向?qū)妷旱?。這些器件適用于電池充電器、不間斷電源、功率因數(shù)校正、全橋和半橋式太陽(yáng)能逆變器/變換器、中點(diǎn)鉗位式逆變器、升壓變換器半/全橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。安森美半導(dǎo)體提供不同功率的逆變器用來(lái)測(cè)試分立式IGBT和IGBT模塊。

　　圖6:中點(diǎn)鉗位式逆變器

　　安森美半導(dǎo)體的客戶(hù)已成功使用其場(chǎng)截止型代IGBTNGTB50N60FLWG開(kāi)發(fā)出了各種應(yīng)用，如功率10 千伏安、功率因數(shù)0.9的不間斷電源，以及采用半橋諧振拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的1450瓦廚用電爐?？蛻?hù)認(rèn)為，安森美半導(dǎo)體場(chǎng)截止型代IGBT的性能達(dá)到了市場(chǎng)上的性能；其IGBT在電磁爐上的溫升低于其它2款I(lǐng)GBT.

　　4  結(jié)論

　　未來(lái)，安森美半導(dǎo)體將推出超過(guò)20款第四代 （場(chǎng)截止型第二代） IGBT以及專(zhuān)用于逆變式電焊機(jī)IGBT,并繼續(xù)開(kāi)發(fā)IGBT模塊。無(wú)論客戶(hù)的產(chǎn)品需求如何，安森美半導(dǎo)體總有一款高性能、高能效的IGBT方案能夠滿(mǎn)足要求，幫助設(shè)計(jì)工程師設(shè)計(jì)出高能效及高性能的產(chǎn)品。