优化高电压IGBT,优化高电压IGBT是什么意思
优化高电压igbt,优化高电压igbt是什么意思
中心议题：
优化高电压igbt 解决方案：
高侧晶体管利用超高速沟道igbt igbt提供方形反向偏压工作区 随着绿色电力运动势头不减，包括家电、照明和电动工具等应用，以至其他工业用设备都在尽可能地利用太阳能的优点。为了有效地满足这些产品的需求，电源设计师正通过最少数量的器件、高度可靠性和耐用性，以高效率把太阳能源转换成所需的交流或者直流电压。
要为这些应用以高效率生产所需的交流输出电压和电流，太阳能逆变器就需要控制、驱动器和输出功率器件的正确组合。要达到这个目标，在这里展示了一个针对500w功率输出进行优化，并且拥有120v及60hz频率的单相正弦波的直流到交流逆变器设计。在这个设计中，有一个dc/dc电压转换器连接到光伏电池板，为这个功率转换器提供200v直流输入。不过在这里没有提供太阳能电池板的详细资料，因为那方面不是我们讨论的重点。
现在，市场上有不同的高级功率开关，例如金属氧化物半导体fet(mosfet)，双极型三极管(bjt)，以及绝绿栅双极晶体管(igbt)来转换功率。然而，这个应用要达到最高的转换效率和性能要求，就要选择正确的功率晶体管。
多年来的调查和分析显示，igbt比其他功率晶体管有更多优点，当中包括更高电流能力，利用电压而非电流来进行栅极控制，以及能够与一个超快速恢复二极管协同封装来加快关断速度。此外，工艺技术及器件结构的精细改进也使igbt的开关性能得到相当的改善。其他优点还包括更好的通态性能，以及拥有高度耐用性和宽安全工作区。在考虑这些质量之后，这种功率逆变器设计就会选用高电压igbt，作为功率开关的必然之选。
因为这个设计所实施的逆变器拓扑属于全桥，所以有关的太阳能逆变器采用了4个高电压igbt，如图1所示。在这个电路中，q1和q2晶体管被指定为高侧igbt，而q3和q4则为低侧功率器件。为了要保持总功率耗损处于低水平，但功率转换则拥有高效率，设计师要在这个dc/ac逆变器解决方案正确应用低侧和高侧igbt组合。
图1采用4个igbt的逆变器设计
沟道和平面igbt
为了要同时把谐波和功率损耗降到最低，逆变器的高侧igbt利用了脉宽调制(pwm)，同时低侧功率器件就用60hz进行变化。通过把pwm频率定在20khz或以上操作，高侧igbt有50/60hz调制，输出电感器l1和l2便可以保持实际可行的较少尺寸，提供有效的谐波滤波。再者，逆变器的可听声也可以降到最低，因为开关频率已经高于人类的听觉范围。
我们研究过采用不同igbt组合的各种开关技术后，认定能够实现最低功率耗损和最高逆变器性能的最好组合，是高侧晶体管利用超高速沟道igbt，而低侧部分就采用标准速度的平面器件。与快速和标准速度平面器件比较，开关频率在20khz的超高速沟道igbt提供最低的总通态和开关功率损耗组合。高侧晶体管的开关频率为20khz的另外一个优点，是输出电感器有合理的小尺寸，同时也容易进行滤波。在低侧方面，我们把标准速度平面igbt的开关频率定在60hz，使功率损耗可以保持在最低的水平。
当我们细看高电压(600v)超高速沟道igbt的开关性能，便会知道这些器件为20khz的开关频率进行了优化。这使设计在相关的频率下能够保持最少的开关损耗，包括集电极到发射极的饱和电压vce(on)及总开关能量ets。结果，总通态和开关功率损耗便可以维持在最低的水平。根据这一点，我们选择了超高速沟道igbt，例如，irgb4062dpbf作为高侧功率器件。这种超高速构道igbt与一个超高速软恢复二极管采用协同封装，进一步确保低开关耗损。
此外，这些igbt不用要求短路额定值，因为当逆变器的输出出现短路时，输出电感器l1和l2会限制电流di/dt，从而给予控制器足够的时间做出适当的回应。还有，与同样尺寸的非短路额定igbt比较，短路额定igbt提供更高的vce(on)和ets。由于拥有更高的vce(on)和ets，短路额定igbt会带来更高的功率损耗，使功率逆变器的效率降低。
再者，超高速沟道igbt也提供方形反向偏压工作区、最高175℃结温，还可承受4倍的额定电流。为了要显示它们的耐用性，这些功率器件也经过100%钳位电感负载测试。
与高侧不同，通态耗损支配了低侧igbt。因为低侧晶体管的工作频率只有60hz，开关损耗对这些器件来说微不足道。标准速度平面igbt是特别为低频率和较低通态耗损而设计。所以，随着低侧器件于60hz进行开关，这些igbt要通过采用标准速度平面igbt来达到的最低功率耗损水平。因为这些器件的开关损耗非常少，标准速度平面igbt的总耗散并没有受到其开关耗损所影响。
基于这些考虑，标准速度igbtirg4bc20sd因此成为低功率器件的最好选择。一个第四代igbt与超高速软恢复反向并联二极管协同封装，并且为最低饱和电压和低工作频率(<1khz)进行优化。在10a下的典型vce(on)为1.4v。针对低正向降压及反向漏电流，跨越低侧igbt的协同封装二极管已经优化了，以在续流和反向恢复期间把损耗降到最低。
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高侧晶体管利用超高速沟道igbt igbt提供方形反向偏压工作区 随着绿色电力运动势头不减，包括家电、照明和电动工具等应用，以至其他工业用设备都在尽可能地利用太阳能的优点。为了有效地满足这些产品的需求，电源设计师正通过最少数量的器件、高度可靠性和耐用性，以高效率把太阳能源转换成所需的交流或者直流电压。
要为这些应用以高效率生产所需的交流输出电压和电流，太阳能逆变器就需要控制、驱动器和输出功率器件的正确组合。要达到这个目标，在这里展示了一个针对500w功率输出进行优化，并且拥有120v及60hz频率的单相正弦波的直流到交流逆变器设计。在这个设计中，有一个dc/dc电压转换器连接到光伏电池板，为这个功率转换器提供200v直流输入。不过在这里没有提供太阳能电池板的详细资料，因为那方面不是我们讨论的重点。
现在，市场上有不同的高级功率开关，例如金属氧化物半导体fet(mosfet)，双极型三极管(bjt)，以及绝绿栅双极晶体管(igbt)来转换功率。然而，这个应用要达到最高的转换效率和性能要求，就要选择正确的功率晶体管。
多年来的调查和分析显示，igbt比其他功率晶体管有更多优点，当中包括更高电流能力，利用电压而非电流来进行栅极控制，以及能够与一个超快速恢复二极管协同封装来加快关断速度。此外，工艺技术及器件结构的精细改进也使igbt的开关性能得到相当的改善。其他优点还包括更好的通态性能，以及拥有高度耐用性和宽安全工作区。在考虑这些质量之后，这种功率逆变器设计就会选用高电压igbt，作为功率开关的必然之选。
因为这个设计所实施的逆变器拓扑属于全桥，所以有关的太阳能逆变器采用了4个高电压igbt，如图1所示。在这个电路中，q1和q2晶体管被指定为高侧igbt，而q3和q4则为低侧功率器件。为了要保持总功率耗损处于低水平，但功率转换则拥有高效率，设计师要在这个dc/ac逆变器解决方案正确应用低侧和高侧igbt组合。
图1采用4个igbt的逆变器设计
沟道和平面igbt
为了要同时把谐波和功率损耗降到最低，逆变器的高侧igbt利用了脉宽调制(pwm)，同时低侧功率器件就用60hz进行变化。通过把pwm频率定在20khz或以上操作，高侧igbt有50/60hz调制，输出电感器l1和l2便可以保持实际可行的较少尺寸，提供有效的谐波滤波。再者，逆变器的可听声也可以降到最低，因为开关频率已经高于人类的听觉范围。
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当我们细看高电压(600v)超高速沟道igbt的开关性能，便会知道这些器件为20khz的开关频率进行了优化。这使设计在相关的频率下能够保持最少的开关损耗，包括集电极到发射极的饱和电压vce(on)及总开关能量ets。结果，总通态和开关功率损耗便可以维持在最低的水平。根据这一点，我们选择了超高速沟道igbt，例如，irgb4062dpbf作为高侧功率器件。这种超高速构道igbt与一个超高速软恢复二极管采用协同封装，进一步确保低开关耗损。
此外，这些igbt不用要求短路额定值，因为当逆变器的输出出现短路时，输出电感器l1和l2会限制电流di/dt，从而给予控制器足够的时间做出适当的回应。还有，与同样尺寸的非短路额定igbt比较，短路额定igbt提供更高的vce(on)和ets。由于拥有更高的vce(on)和ets，短路额定igbt会带来更高的功率损耗，使功率逆变器的效率降低。
再者，超高速沟道igbt也提供方形反向偏压工作区、最高175℃结温，还可承受4倍的额定电流。为了要显示它们的耐用性，这些功率器件也经过100%钳位电感负载测试。
与高侧不同，通态耗损支配了低侧igbt。因为低侧晶体管的工作频率只有60hz，开关损耗对这些器件来说微不足道。标准速度平面igbt是特别为低频率和较低通态耗损而设计。所以，随着低侧器件于60hz进行开关，这些igbt要通过采用标准速度平面igbt来达到的最低功率耗损水平。因为这些器件的开关损耗非常少，标准速度平面igbt的总耗散并没有受到其开关耗损所影响。
基于这些考虑，标准速度igbtirg4bc20sd因此成为低功率器件的最好选择。一个第四代igbt与超高速软恢复反向并联二极管协同封装，并且为最低饱和电压和低工作频率(<1khz)进行优化。在10a下的典型vce(on)为1.4v。针对低正向降压及反向漏电流，跨越低侧igbt的协同封装二极管已经优化了，以在续流和反向恢复期间把损耗降到最低。
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