圖1：安森美半導(dǎo)體的IGBT陣容
溝槽柵場(chǎng)截止IGBT技術(shù)是當(dāng)前IGBT領(lǐng)域的一大技術(shù)亮點(diǎn)，圖2為安森美半導(dǎo)體的溝槽柵場(chǎng)截止IGBT的橫截面，采用了背面金屬化、背面注入、柵氧化、場(chǎng)氧化、鈍化等工藝，電場(chǎng)分布呈梯形，可實(shí)現(xiàn)優(yōu)化的導(dǎo)通損耗和開(kāi)關(guān)性能。
圖2：溝槽柵場(chǎng)截止IGBT橫截面
安森美半導(dǎo)體的IGBT具有出色的非鉗位感性開(kāi)關(guān)(UIS)能力，大大增強(qiáng)了在系統(tǒng)發(fā)生瞬態(tài)事件時(shí)的可靠性。UIS用以測(cè)試器件的抗雪崩能力，如器件在擊穿后能承受的能量水平。UIS能力不依賴(lài)于擊穿電壓。
安森美半導(dǎo)體的FSIII 超場(chǎng)截止1200 V IGBT采用公司專(zhuān)有的超場(chǎng)截止溝槽技術(shù)，并與一個(gè)具有軟關(guān)斷特性的快速恢復(fù)二極管(FRD)共同封裝在一起，提供最小的反向恢復(fù)損耗。FSIII FRD采用更薄的外延層、優(yōu)化的外延緩沖層和更少摻雜的陽(yáng)極，表現(xiàn)出更低的正向壓降(VF)、更軟開(kāi)關(guān)和更低的反向恢復(fù)電流(IRRM)。加之其極寬的高度觸發(fā)的場(chǎng)截止層，能實(shí)現(xiàn)領(lǐng)先行業(yè)的總開(kāi)關(guān)損耗，為大功率開(kāi)關(guān)系統(tǒng)在電源能效方面設(shè)立新的基準(zhǔn)。如NGTB40N120FL3WG的總開(kāi)關(guān)損耗為2.7毫焦耳(mJ)，而NGTB25N120FL3WG的總開(kāi)關(guān)損耗為1.7 mJ。兩款器件在各自額定電流下的VCEsat均為1.7 V，非常適用于UPS和太陽(yáng)能逆變器。NGTB40N120L3WG經(jīng)優(yōu)化提供低導(dǎo)通損耗，額定電流下的VCEsat為1.55 V，總開(kāi)關(guān)損耗為3 mJ，主要針對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用。這些1200 V IGBT還曾在2016年獲《今日電子》與21IC中國(guó)電子網(wǎng)聯(lián)合頒發(fā)“Top 10電源產(chǎn)品獎(jiǎng)”，這是于電子業(yè)備受認(rèn)同的確定高品質(zhì)產(chǎn)品的一個(gè)基準(zhǔn)。
安森美半導(dǎo)體的FS4 溝槽場(chǎng)截止650 V IGBT，如FGH50T65SQD_F155和FGH75T65SQD_F155，具備高電流能力、高輸入阻抗、快速開(kāi)關(guān)和緊密的參數(shù)分布等特性。
FSIII和FS4都是先進(jìn)的IGBT技術(shù)，提供高性能和強(qiáng)固的IGBT產(chǎn)品。
此外，安森美半導(dǎo)體不光在分立器件上有業(yè)界領(lǐng)先的產(chǎn)品，公司還結(jié)合在功率模塊上的先進(jìn)技術(shù)，推出了用于太陽(yáng)能逆變器和UPS的T型逆變器 PIM。集成化的模塊包括了IGBT及整流器，采用安森美半導(dǎo)體的專(zhuān)有溝槽FS技術(shù) 及強(qiáng)固的超快FRD，配置為中點(diǎn)鉗位式T型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，能效可超過(guò)98%。模塊中的IGBT通過(guò)在低飽和電壓(Vce)和低關(guān)斷損耗(Eoff)之間權(quán)衡取舍，恰到好處地優(yōu)化電路性能，具有最大結(jié)溫Tj = 175°C或短路能力。模塊中的超快整流器提供低VF性能和高溫能力。可配置的封裝平臺(tái)采用大功率直接鍵合銅(DBC)基板技術(shù)及專(zhuān)有的壓合(press-fit)引腳，可以提供更高的功率密度、更高的性能與更高的可靠性。
我們對(duì)安森美半導(dǎo)體的IGBT PIM模塊和競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的IGBT模塊進(jìn)行了能效對(duì)比測(cè)試，它們被評(píng)估用于一個(gè)7千瓦的T型逆變器應(yīng)用，工作于15千赫、200 V交流電壓和650伏直流鏈電壓。結(jié)果表明，安森美半導(dǎo)體的IGBT PIM模塊能效和熱性能都要優(yōu)于競(jìng)爭(zhēng)器件。
用于白家電的IGBT
1. 功率因數(shù)校正(PFC) 類(lèi)應(yīng)用
PFC類(lèi)的IGBT主要用于工業(yè)、空調(diào)等應(yīng)用，工作頻率在20至40 kHz，峰值電流在20 A至 40 A，要求低噪聲、低開(kāi)關(guān)損耗。
同等工作條件下，IPM結(jié)構(gòu)比分立的PFC結(jié)構(gòu)提供更高的工作頻率，且由于其將升壓線(xiàn)圈布設(shè)在電路板上，從而減小磁芯尺寸，進(jìn)而降低組裝成本。在220 V交流電壓，4 kW工作頻率下，無(wú)橋交錯(cuò)式PFC的系統(tǒng)總損耗還較分立的升壓PFC降低38%。
表1：安森美半導(dǎo)體用于PFC類(lèi)白家電的IGBT陣容
2. 逆變器類(lèi)應(yīng)用
這類(lèi)應(yīng)用主要包括冰箱、洗衣機(jī)、洗碗機(jī)等，工作頻率在5至20 kHz，峰值電流在3至15 A，要求低功耗、高可靠性，若需降低成本，可轉(zhuǎn)向采用分立的IGBT。
例如，對(duì)于用于冰箱的逆變器，安森美半導(dǎo)體提供600 V NGTB03N60R2DT4G、NGTB05N60R2DT4G、NGTB10N60R2DT4G，采用緊湊的DPAK封裝，提供低飽和電壓VCE(sat)，能承受達(dá)5 μs的短路，散熱性極佳，有助于設(shè)計(jì)人員采用緊湊的PCB和實(shí)現(xiàn)高能效。
對(duì)于用于洗衣機(jī)、電鋸的逆變器或電機(jī)，安森美半導(dǎo)體提供采用DPAK封裝的NGTB10N60R2DT4G、采用TO-220F-3FS封裝的NGTB10N60FG和NGTB15N60R2FG，這些IGBT具有低VCE(sat)和高速開(kāi)關(guān)性能，能承受達(dá)5 μs的短路，無(wú)需隔離器件，提供高能效。
3. 感應(yīng)加熱類(lèi)應(yīng)用
感應(yīng)加熱類(lèi)應(yīng)用分為兩種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：?jiǎn)味耸胶桶霕蚴?。單端式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，主要用于電飯煲、微波爐等低成本應(yīng)用，需要IGBT、電容及電感等高壓器件，最大功率不超過(guò)2 kW，通過(guò)電壓諧振實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)，采用高BVces的IGBT，最好具有快速開(kāi)關(guān)性能，電壓范圍在1000至1,500 V，電流在15至30 A;半橋式拓?fù)渲饕糜陬l率超過(guò)2 kW 的高功率應(yīng)用如電磁爐爐面，需要2個(gè)IGBT和隔離的門(mén)極驅(qū)動(dòng)器，通過(guò)電流諧振實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)，采用高額定電流的IGBT，最好具有低VCE(sat)，電壓范圍在600至650 V，電流在40至60 A。
圖3：?jiǎn)味送負(fù)?左)和半橋拓?fù)?右)
表2：安森美半導(dǎo)體用于感應(yīng)加熱類(lèi)白家電的IGBT陣容
總結(jié)
安森美半導(dǎo)體是領(lǐng)先的IGBT供應(yīng)商，具備先進(jìn)的IGBT技術(shù)和寬廣的IGBT陣容，提供從600 V到1500 V、涵蓋平面型和溝槽型、FS到FS4的高性能IGBT和IGBT PIM。公司專(zhuān)有的溝槽場(chǎng)截止技術(shù)和封裝優(yōu)勢(shì)，完美地平衡開(kāi)關(guān)損耗和導(dǎo)通損耗，能滿(mǎn)足各類(lèi)應(yīng)用和不同客戶(hù)的需求。
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