要充分利用IGBT，就必须了解何时、何地以及如何使用它们

如今，碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)等带隙半导体占据了大部分风头；然而，在这些半导体出现之前，绝缘栅双极晶体管(IGBT)是电力电子的主力。在这篇博客中，我们将介绍IGBT继续证明其价值的一些应用，然后简要介绍一下这些多功能设备的未来发展方向。

焊接机

许多现代焊接机使用逆变器代替焊接变压器，因为直流输出电流可以更精确地控制焊接过程。其他优点包括直流电流比交流电流更安全，并且逆变器焊接机由于功率密度更高而更轻。

图1：焊接机框图

焊接逆变器中常见的开关拓扑包括全桥、半桥和双开关正向，通常采用恒流控制方案。全桥和半桥拓扑的IGBT开关频率一般在20至50kHz之间。

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图2：用于焊接的全桥、半桥和双开关正向拓扑中的IGBT

感应烹饪

电磁炉烹饪需要激发线圈，迫使电流在由高磁导率材料制成的锅中循环。接下来，逆变器将电流感应到铜线圈中，从而产生电磁场。电磁场穿透锅并产生电流，使其加热。

图_igbt

图：电磁炉框图

电磁炉的基本要求包括以下内容：

高频开关

功率因数接近于1

负载范围广

基于谐振回路的拓扑结构是最常用的，因为它们具有能够在不影响效率的情况下以高频切换的优势-谐振半桥(RHB)转换器和准谐振(QR)逆变器最受欢迎。RHB的优势在于它具有高负载操作范围，可以提供最大功率。另一方面，QR成本较低，使其成为低功率到中等功率范围（高达2kW峰值功率）的理想选择。

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图4：RHB和QR拓扑

电机驱动器

半桥转换器（HB）是电机驱动应用中最流行的拓扑之一，频率范围从2kHz到15kHz。

图_igbt5

图5：半桥拓扑显示正、负输出电流流动

然而，这种快速切换拓扑结构有一些局限性。其中包括：

仅两种输出电压等级

无源和有源元件中的应力

开关损耗高

栅极驱动变得更加困难

纹波电流更高

更高的EMI

电压处理（不能与高压总线一起工作）

器件串联导致实施复杂化

实现热平衡具有挑战性

过滤要求高

较新的IGBT拓扑

对于不间断电源(UPS)和太阳能逆变器等应用，已经设计了具有多电压电平的新拓扑来克服这些限制。最常见的结构是单极开关I型和T型转换器，它们可以在更高的总线电压下运行。此外，更多的输出状态会降低滤波器上的电压，这意味着可以使用更小的组件。这些拓扑适用于更高的频率（16kHz~40kHz），并且由于开关损耗较低，可提供出色的效率（~98%）。

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图6：I型和T型转换器拓扑

IGBT的未来会怎样？

IGBT已经存在了很长一段时间，并且仍然非常适合许多高压和大电流应用。然而，它们的用途并不局限于传统设计——它们越来越多地出现在新设计中。这是因为较新的设备具有新颖的结构，可以将Vcesat推得更低（接近1V），同时增加电流密度并降低开关损耗。要最大限度地利用IGBT的优势，就需要了解应用要求并选择正确的电路拓扑。

onsemi推出了VTrenchFieldStopVII(FS7)IGBT，可通过业界领先的性能最大限度地减少传导和开关损耗。

新型V器件提供市场上最佳的传导和开关性能。FGY75TSWD提供目前市面上VIGBT中最佳的开关性能之一。FGYTRWD在A额定电流下显示的Vcesat低至1.45V，比上一代器件提高了0.4V。旨在提高快速开关应用的效率，新器件主要用于能源基础设施应用，如太阳能逆变器、不间断电源(UPS)、储能和电动汽车充电功率转换。新型VTrenchFieldStopVII(FS7)IGBT用于将输入升压至高压（升压级）以及逆变器，以在高开关频率能源基础设施应用中提供交流输出。FS7器件的低开关损耗可实现更高的开关频率，从而减小磁性元件的尺寸、提高功率密度并降低系统成本。对于大功率能源基础设施应用，FS7器件的正温度系数可轻松实现并联操作。

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图7：V沟槽场截止VII(FS7)IGBT

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