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高性能、高能效的IGBT

• 随着国际汽油价格的不断攀升，运输成本和所有其他能源生产成本也随着石油价格的上涨而不断增大。同时，人们对电力的需求也达到了一个前所未有的高度。同样糟糕的是，石化产品的价格也不可避免地提高了，导致广大电子产品厂商使用元件成本提高。面对这些高成本问题和日益严格的规定，广大工程技术人员在努力增强产品性能、提高电路效率、缩小产品尺寸、改进制造工艺效率等方面承受着前所未有的压力。

  
  此外，管理机构正逐渐提高对电子产品最低能效的要求，他们正对厂商施加越来越大的压力，迫使他们减少温室气体、有毒固体和液体废物的排放。同时，越来越多意识到成本和环境问题的消费者也逐渐要求使用包含更少有害材料的低能耗设备。

  

  图1 IGBT的MOSFET等效电路

  
  然而，在有些地区密布着经济衰退乌云的形势下仍然存在着一线曙光：广大电子设计者仍有很多机会设计出新的产品，满足人们对“绿色”产品和基于太阳能和其他替代能源的产品需求。专家估计，市场每年对太阳能逆变器的需求大约增长30%；消费者需要更便宜的电子设备，降低产品成本的一个重要途径就是提高太阳能逆变器的效率。绝缘栅双极型晶体管（IGBT）能够帮助产品设计者应对他们所面临的设计具有更高电路效率和性能的产品的挑战。这类器件也称为电导调制场效应晶体管（CMFET），是MOSFET的近亲，主要在各种应用中用作电源开关。

  
  这些电压控制的器件在市场上随处可见，在高级开关电源设备中采用合适的IGBT代替类似的MOSFET器件能够提高能效，降低产品成本。

  一些供应商的产品及其广泛应用

  
  例如，安森美半导体公司提供了将近20种不同型号的IGBT，用于电子汽车点火、燃料加注系统和其他一些需要控制高电流和高电压开关的应用。该公司的产品特点是广泛采用集成ESD和过电压保护的单片集成电路。

  
  英飞凌公司针对高频电源开关应用提供了几款高速IGBT产品。该公司的TrenchStop IGBT具有较低的饱和电压、较高的温度稳定性和很低的传导损耗，适用于电机驱动应用。这类晶体管的动态开关特性降低了关断过程的能量损耗，减少了电磁干扰。

  

  图2 IGBT单元的平面结构

  
  STMicroelectronics公司制造的条状PowerMESH IGBT适用于电机驱动、电子汽车点火、遮光器、高频电子镇流器、焊接设备、不间断电源和家用电器等领域。这些300～1200V的晶体管具有很低的压降，适用于更高效的产品设计。该公司的V系列IGBT瞄准的是快速、模压电感器高频的应用，提供了附带和不带续流二极管两种配置。

  
  Microsemi公司推出了十几款支持600V和1200V电压的专用IGBT。该公司的IGBT产品支持硬开关和软开关。这些IGBT主要瞄准的是焊接设备、电感加热器以及电信和医疗电子等应用。

  
  Microsemi公电感器标准司的DL系列提供了超软的恢复二极管，能够减少电磁干扰，减少传导功率损耗，减少或取消原来需要使用的缓冲器。Microsemi的Power MOS8 IGBT支持600V和900V的电压，针对工业设备、电池充电器和太阳能逆变器等应用提供了绕行电感器穿通技术。

  最新的场截止沟道技术

  
  飞兆半导体公司研究了各种适用于不同应用的IGBT技术。例如，他模压电感们推出的场截止沟道式（Field Stop Trench）IGBT采用了最新的场截止结构和沟道栅单元设计，具有高速开关和低饱和电压的特点。

  

  图3 NPT沟道与场截止沟道的比较

  
  支持600V和1200V电压的这类晶体管适用于不间断电源、太阳能逆变器以及微波炉和感应加热类的应用。它们能够帮助电子设计人员减少传导损耗和开关损耗，实现极高的效率。飞兆半导体公司所有独特的IGBT技术都经过了专门的优化，能够减少漂移电阻，沟道栅结构消除了器件中MOSFET部分的寄生JFET电阻。
  与传统的绕行电感器NPT沟道IGBT器件相比，飞兆半导体的FGA20N120FTD可减小25%的传导损耗、8%的开关损耗。它们不仅提高了设备的能效，而且大大降低了系统的工作温度。

  
  因此，使用这类IGBT的应用对冷却的要求较低，从而进一步减少了功耗，提高了效率和可靠性。这些晶体管还采用了零电压开关(ZVS)技术，内置了快速恢复二极管(FRD)，这也有利于提高产品的可靠性。

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