当前位置: 绝缘栅 >> 绝缘栅资源 >> 要充分利用IGBT,就必须了解何时何地
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。
图_igbt2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。
图_igbt4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%)。
图_igbt6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。
图_igbt7图7:V沟槽场截止VII(FS7)IGBT
如需产品规格书、样片测试、采购、BOM配单等需求,请加客服。