本文源于：安森美
最近，碳化硅 (SiC) 和氮化鎵 (GaN) 等寬禁帶半導(dǎo)體的應(yīng)用日益增多，受到廣泛關(guān)注。然而，在這些新技術(shù)出現(xiàn)之前，許多高功率應(yīng)用都是使用高效、可靠的絕緣柵雙極型晶體管 (IGBT)，事實(shí)上，許多此類應(yīng)用仍然適合繼續(xù)使用 IGBT。在本文中，我們介紹 IGBT 器件的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行，并列舉多種不同 IGBT 應(yīng)用的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，然后探討這種多用途可靠技術(shù)的新興拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
圖 1? 溝槽場(chǎng)截止 IGBT 結(jié)構(gòu)
圖 2? 焊接機(jī)框圖
焊接逆變器中常用的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括全橋、半橋和雙管正激，而恒定電流是最常用的控制方案。占空比因負(fù)載電平和輸出電壓而異。全橋和半橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的 IGBT 開關(guān)頻率通常在 20 至 50 kHz 之間。
2.電磁爐
對(duì)于電磁爐，比較重要的要求包括：
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高頻開關(guān) -
功率因數(shù)接近一 -
寬負(fù)載范圍
感應(yīng)加熱應(yīng)用的輸出功率控制通常基于可變頻率方案。這是一種根據(jù)負(fù)載或線路頻率變化來(lái)應(yīng)用的基本方法。然而，該方法存在一個(gè)主要缺點(diǎn)：若要在寬范圍內(nèi)控制輸出功率，頻率需要大幅變化。
感應(yīng)加熱最常用的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)基于諧振回路。諧振轉(zhuǎn)換器的主要優(yōu)勢(shì)是高開關(guān)頻率范圍，同時(shí)能效不會(huì)降低。諧振轉(zhuǎn)換器采用零電流開關(guān) (ZCS) 或零電壓開關(guān) (ZVS) 等控制技術(shù)來(lái)降低功率損耗。諧振半橋 (RHB) 轉(zhuǎn)換器和準(zhǔn)諧振 (QR) 逆變器是備受歡迎的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。RHB 結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)包括負(fù)載工作范圍大，并且能夠提供超高功率。
圖 5? RHB 和 QR 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
QR 轉(zhuǎn)換器的主要優(yōu)勢(shì)是成本較低，因此非常適合低至中功率范圍（峰值功率高達(dá) 2 kW）、工作頻率介于 20 至 35 kHz 之間的應(yīng)用。
圖 6? 半橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)顯示正輸出電流和負(fù)輸出電流
快速開關(guān)給 HB 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)帶來(lái)的局限性包括：
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只有兩個(gè)輸出電壓等級(jí)
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無(wú)源和有源元件受到應(yīng)力
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高開關(guān)損耗
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柵極驅(qū)動(dòng)難度加大
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紋波電流升高
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EMI變高
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電壓處理（無(wú)法與高電壓母線結(jié)合使用）
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器件串聯(lián)增加了實(shí)施工作的復(fù)雜性
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難以達(dá)到熱平衡
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高濾波要求
盡管 IGBT 已經(jīng)問(wèn)世很多年，但該技術(shù)仍是許多高電壓和電流應(yīng)用的理想之選。IGBT 不僅越來(lái)越多地應(yīng)用于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)，還應(yīng)用于新設(shè)計(jì)，因?yàn)樾峦瞥龅钠骷诓粩嗟赝苿?dòng) Vcesat 降低至 1V，并通過(guò)新型結(jié)構(gòu)來(lái)提高電流密度和開關(guān)損耗。若要在使用 IGBT 的過(guò)程中獲得最大效益，一個(gè)關(guān)鍵因素是先了解應(yīng)用要求，然后選擇合適的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)加以實(shí)施。
原文始發(fā)于微信公眾號(hào)（艾邦半導(dǎo)體網(wǎng)）：IGBT如何選擇，你真的了解嗎？