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低功率IGBT模块在电源领域的应用优势

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深圳逸盛通科技500万彩票网

时间 : 2018-09-17 20:51 浏览量 : 24

低功率IGBT在电源领域的应用优势:

大部分输出功率为250~4000W的AC/DC电源的开关频率都在50~125kHz之间。这些电源通常采用连续导通模式(CCM)的升压PFC(功率因数校正)电路,开关频率低于100kHz的CCMPFC是最早使用IGBT的电路。在开关电源设计中使用MOSFET为开关功率器件,这不是因为它是最好的技术方案,而是因为它是伴随开关模式电源设计而成长的开关功率器件。典型的高压MOSFET的电流密度一般为10~20A/cm2,它的主要优点在于切换损耗相对而言比较低,主要缺点是导通状态损耗高和电流密度低。IGBT的电流密度大约是100A/cm2,因此在相同的电路中,尺寸为MOSFET 1/5的IGBT芯片便可达到与MOSFET同样的功效。在电流不同时,IGBT的导通压降变化不大。

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500万彩票网  在250~4000W功率范围的电源上,快速IGBT显示了强大的优势。例如,在冗余阵列磁片机服务器(RAID)应用中,一只Fairchild的SMPSIGBT功率器件可以完成3只MOSFET功率器件的工作,而且省掉了MOSFET所需的外部驱动器,使器件的成本得以降低,而减少功率器件的数量对服务器的平均无故障工作时间(MTBF)是有利的。


  设计电源的一个常用方法是扩展现有的平台,以达到较高的功率要求。利用新的Faster IGBT,可以实现更高的功率密度,同时降低物料和装配的费用。在这方面经常遇到的问题是栅极电压,因为大多数MOSFET设计时使用10V的栅极驱动器,而IGBT设计的栅极工作电压是12~15V,新的Fairchild SMPSIGBT功率器件已考虑了栅极驱动电压,将栅极驱动电压的要求降低到与MOSFET一样。
  另一个问题是,在某些设计中最初的系统设计采用若干只MOSFET功率器件并联工作,这样就能在较大的面积上把开关产生的热量散发出去。而采用IGBT来完成与较大的MOSFET相同的功能,散热途径将受到影响(当采用并联MOSFET时,封装和散热片之间的接触面是最大的影响因素)。为了在这些场合利用IGBT的优势,在热设计中需要重新考虑散热途径。随着软开关的应用,高压半导体的主要功率损失变为导通损耗,对于功率范围较高的电源,IGBT因其导通损耗低而取得了很好的表现。随着结温升高,IGBT的导通压降USAT往往降低,而关断损耗往往增加。MOSFFT则与之相反,随着结温升高,导通电阻RDS(on)增加,而关断损耗则保持不变。这表示在许多情况下,当系统温度上升时,IGBT温度上升的速度比MOSFET慢,因而与采用MOSFET的系统相比,使用IGBT的系统的效率变化较小。


  IGBT通常配有一个反向并联二极管,其作用与MOSFET的体内二极管一样。而具有快速寄生体内二极管的高压MOSFET,它的反向恢复时间为250ns。这种二极管的性能比以前的体内二极管有所改进,而IGBT的反向并联二极管是性能更好的二极管,它的反向恢复时间范围为25ns。在需要反向并联二极管的应用中,采用IGBT是一个较好的方案。


  现在越来越多的开关电源采用IGBT,同时也要求进一步降低它们的导通压降,这样可以扩大IGBT在电源技术中的应用范围。由于采用更好的晶圆处理和外延控制技术,IGBT的性能将更加完善。随着IGBT在电源产品中的应用增多,速度更快的IGBT的成本将下降。而且,由于目前IGBT的成本比同等的MOSFET略低一些,这将加速IGBT的推广应用。


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