高性能、高能效的IGBT

隨著國際汽油價格的不斷攀升，運輸成本和所有其他能源生產(chǎn)成本也隨著石油價格的上漲而不斷增大。同時，人們對電力的需求也達(dá)到了一個前所未有的高度。同樣糟糕的是，石化產(chǎn)品的價格也不可避免地提高了，導(dǎo)致廣大電子產(chǎn)品廠商使用元件成本提高。面對這些高成本問題和日益嚴(yán)格的規(guī)定，廣大工程技術(shù)人員在努力增強產(chǎn)品性能、提高電路效率、縮小產(chǎn)品尺寸、改進(jìn)制造工藝效率等方面承受著前所未有的壓力。

此外，管理機構(gòu)正逐漸提高對電子產(chǎn)品最低能效的要求，他們正對廠商施加越來越大的壓力，迫使他們減少溫室氣體、有毒固體和液體廢物的排放。同時，越來越多意識到成本和環(huán)境問題的消費者也逐漸要求使用包含更少有害材料的低能耗設(shè)備。

圖1 IGBT的MOSFET等效電路

然而，在有些地區(qū)密布著經(jīng)濟(jì)衰退烏云的形勢下仍然存在著一線曙光：廣大電子設(shè)計者仍有很多機會設(shè)計出新的產(chǎn)品，滿足人們對“綠色”產(chǎn)品和基于太陽能和其他替代能源的產(chǎn)品需求。專家估計，市場每年對太陽能逆變器的需求大約增長30%；消費者需要更便宜的電子設(shè)備，降低產(chǎn)品成本的一個重要途徑就是提高太陽能逆變器的效率。絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）能夠幫助產(chǎn)品設(shè)計者應(yīng)對他們所面臨的設(shè)計具有更高電路效率和性能的產(chǎn)品的挑戰(zhàn)。這類器件也稱為電導(dǎo)調(diào)制場效應(yīng)晶體管（CMFET），是MOSFET的近親，主要在各種應(yīng)用中用作電源開關(guān)。

這些電壓控制的器件在市場上隨處可見，在高級開關(guān)電源設(shè)備中采用合適的IGBT代替類似的MOSFET器件能夠提高能效，降低產(chǎn)品成本。

一些供應(yīng)商的產(chǎn)品及其廣泛應(yīng)用

例如，安森美半導(dǎo)體公司提供了將近20種不同型號的IGBT，用于電子汽車點火、燃料加注系統(tǒng)和其他一些需要控制高電流和高電壓開關(guān)的應(yīng)用。該公司的產(chǎn)品特點是廣泛采用集成ESD和過電壓保護(hù)的單片集成電路。

英飛凌公司針對高頻電源開關(guān)應(yīng)用提供了幾款高速IGBT產(chǎn)品。該公司的TrenchStop IGBT具有較低的飽和電壓、較高的溫度穩(wěn)定性和很低的傳導(dǎo)損耗，適用于電機驅(qū)動應(yīng)用。這類晶體管的動態(tài)開關(guān)特性降低了關(guān)斷過程的能量損耗，減少了電磁干擾。

圖2 IGBT單元的平面結(jié)構(gòu)

STMicroelectronics公司制造的條狀PowerMESH IGBT適用于電機驅(qū)動、電子汽車點火、遮光器、高頻電子鎮(zhèn)流器、焊接設(shè)備、不間斷電源和家用電器等領(lǐng)域。這些300～1200V的晶體管具有很低的壓降，適用于更高效的產(chǎn)品設(shè)計。該公司的V系列IGBT瞄準(zhǔn)的是快速、高頻的應(yīng)用，提供了附帶和不帶續(xù)流二極管兩種配置。

Microsemi公司推出了十幾款支持600V和1200V電壓的專用IGBT。該公司的IGBT產(chǎn)品支持硬開關(guān)和軟開關(guān)。這些IGBT主要瞄準(zhǔn)的是焊接設(shè)備、電感加熱器以及電信和醫(yī)療電子等應(yīng)用。

Microsemi公司的DL系列提供了超軟的恢復(fù)二極管，能夠減少電磁干擾，減少傳導(dǎo)功率損耗，減少或取消原來需要使用的緩沖器。Microsemi的Power MOS8 IGBT支持600V和900V的電壓，針對工業(yè)設(shè)備、電池充電器和太陽能逆變器等應(yīng)用提供了穿通技術(shù)。

最新的場截止溝道技術(shù)

飛兆半導(dǎo)體公司研究了各種適用于不同應(yīng)用的IGBT技術(shù)。例如，他們推出的場截止溝道式（Field Stop Trench）IGBT采用了最新的場截止結(jié)構(gòu)和溝道柵單元設(shè)計，具有高速開關(guān)和低飽和電壓的特點。

圖3 NPT溝道與場截止溝道的比較

支持600V和1200V電壓的這類晶體管適用于不間斷電源、太陽能逆變器以及微波爐和感應(yīng)加熱類的應(yīng)用。它們能夠幫助電子設(shè)計人員減少傳導(dǎo)損耗和開關(guān)損耗，實現(xiàn)極高的效率。飛兆半導(dǎo)體公司所有獨特的IGBT技術(shù)都經(jīng)過了專門的優(yōu)化，能夠減少漂移電阻，溝道柵結(jié)構(gòu)消除了器件中MOSFET部分的寄生JFET電阻。
與傳統(tǒng)的NPT溝道IGBT器件相比，飛兆半導(dǎo)體的FGA20N120FTD可減小25%的傳導(dǎo)損耗、8%的開關(guān)損耗。它們不僅提高了設(shè)備的能效，而且大大降低了系統(tǒng)的工作溫度。

因此，使用這類IGBT的應(yīng)用對冷卻的要求較低，從而進(jìn)一步減少了功耗，提高了效率和可靠性。這些晶體管還采用了零電壓開關(guān)(ZVS)技術(shù)，內(nèi)置了快速恢復(fù)二極管(FRD)，這也有利于提高產(chǎn)品的可靠性。
飛兆憑借其先進(jìn)的場截止技術(shù)，提供了緊密的參數(shù)分布，增強了抗雪崩擊穿的能力，能夠在雪崩工作模式下保持一致的性能，減少器件失效。這些器件都采用了長壽命設(shè)計，是高性能、低開關(guān)損耗和傳導(dǎo)損耗應(yīng)用的理想選擇。

在當(dāng)前普遍呼喚節(jié)能的市場上，電子設(shè)計者必須關(guān)注高能效器件，關(guān)鍵是要針對不同的應(yīng)用選擇合適的IGBT。無論你的產(chǎn)品需求如何，市場上總有一款晶體管能夠滿足要求。