IGBT的介绍和电磁炉的应用

IGBT序言
电动机可变速驱动装置和电子计算机的备用电源装置等电 力变换器，随着双极型功率晶体管模块和功率MOSFET 的出 现，已经起了很大的变化。这些使用交换元件的各种电力 变换器也随着近年来节能、设备小型化轻量化等要求的提 高而急速地发展起来。但是，电力变换器方面的需求，并 没有通过双极型功率晶体管模块和功率MOSFET 得到完全的 满足。双极型功率晶体管模块虽然可以得到高耐压、大容 量的元件，但是却有交换速度不够快的缺陷。而功率 MOSFET 虽然交换速度足够快了，但是存在着不能得到高耐 压、大容量元件等的缺陷。 IGBT（JEDEC 登录名称，绝缘栅双极晶体管）正是作为顺 应这种要求而开发的，它作为一种既有功率MOSFET 的高速 交换功能又有双极型晶体管的高电压、大电流处理能力的 新型元件，今后将有更大的发展潜力
IGBT 的介绍及应用 电磁炉应用
LiuY
2008年9月
目录
1 IGBT 的构造和基本特征 2 IGBT芯片发展以及Trend IGBT 特性分析 1：600V IR Trend IGBT 特性分析和其他IGBT性能比较 2：1200VIR Trend IGBT 特性分析和其他IGBT性能比较 3电磁炉原理介绍，拓扑架构分析，以及电磁炉项目上IGBT的应用 4：IGBT保护电路设计方法 IGBT的电气毁坏及保护 1.过流保护 2.过热保护 3.欠压保护 4.短路保护 5.过压保护 5：IR IGBT 编码原则
IR 的IGBT和竞争对手IGBT infineon性能比较
1：IRGB4056DPBF 和IKP15N60T（Infineon ）
At 10 kHz and above IR trench IGBT is better than Infineon
New 1200V trench IGBTsand how they compare with the competition
Short AC-out SCH
SHORT
Short Circuit Waveform Differences
过电压保护
过电压的发生原因及抑制方法 1) 过电压的发生原因 因为IGBT 的交换速度很快，IGBT 关断时，或FWD 反向 恢复时会产生很高的di/dt，由模块周边的配线电感引发L· （di/dt）电压（关断浪涌电压）。 ♦ VGE过压: 1) 由于密勒电容通过Rg_off 充电造成的, 会导致短路电流 的猛烈上升. 2) 由于静电放电造成的,可能会损坏门极结构. ♦ VCE过压 1) 关断过快及杂散电感过高.(解决方案:软关断,关断延迟) 2) 再生的刹车电流(解决方案:刹车断路器) 3) 线电压的波动
IRG7CH30K10B –die data sheet
IRG7CH30K10PBF –1200 volt size 3, 23 amp
IRG7CH73K10B –1200 volt size 7.3 9x9mm, 150 amp
1200V Trench IGBTs
1200V Trench IGBTs
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元件的构造与特征
IGBT 的构造和功率MOSFET 的对比如图 1所示。IGBT 是通 过在功率MOSFET 的漏极上追加p+层而，从而具有以下种 种特征
IGBT的理想等效电路
IGBT的基本工作原理
IGBT 的理想等效电路，正如图 1-2 所示，是对pnp 双 极型晶体管和功率MOSFET 进行达林顿连接后形成的单 片型Bi-MOS 晶体管。 因此，在门极—发射极之间外加正电压使功率MOSFET导 通时，pnp 晶体管的基极—集电极间就连接上了低电阻， 从而使pnp 晶体管处于导通状态。 此后，使门极—发射极之间的电压为0V 时，首先功率 MOSFET 处于断路状态，pnp 晶体管的基极电流被切断， 从而处于断路状态。 如上所述，IGBT 和功率MOSFET 一样，通过电压信号可 以控制开通和关断动作。
Low ETS of Trench IGBTs Reduces Switching Losses
Test Conditions: VDC= 400V, VGE= 15V, RGH= 22 Ohms, RGL= 22 Ohms, TJ= 150C, Driver IC: IR2136S
Reducing Heat Sink and System Size For a given die size, Depletion Stop Trench IGBTs reduce losses and deliver up to 60% more RMS current compared to PT and NPT IGBTs •For a given die size, heat sink size can be reduced up to 50% •Reduces integrated module size up to 25%
600V Trench IGBTsfor 220V op systemsTrench
300V Trench IGBTsfor 110V op systemsTrench
For polarity steered Topology..LowSide Low Vce(on) IGBT Selection
Reduce Transformer Size
Reduce Transformer Size
Weight Comparisons of 2.5kW Solar Converters
How does Induction Heating Work?
How does Induction Heating Work?
IGBT的优点
耐高压、大容量 IGBT 和功率MOSFET 同样，虽然在门极上外加正电压即可 导通，但是由于通过在漏极上追加p+层，在导通状态下从 p+层向n 基极注入空穴，从而引发传导性能的转变，因此 它与功率MOSFET 相比，可以得到极低的通态电阻。 ♦ 芯片及模块容易并联 正向温度系数,热量不会流失 ♦ 快速开关 拖尾电流低, 开关损耗低 ♦_耐用性强 芯片本身限制短路电流
IGBT的过流保护
IGBT的过热保护
IGBT的欠压保护
短路（过电流）保护
关于短路耐受能力 一旦发生短路，IGBT 的集电极电流增加到超过既 定值，则C-E 间的电压急剧增加。根据这种特可 以将短路时的集电极电流控制在一定的数值以下 ，但是在IGBT 上仍然有外加的高电压、大电流的 大负荷，必须在尽量短的时间内解除这种负荷。 同时，根据IGBT 的短路耐受能力，从发生短路起 到电流切断为止的容许时间也受到限制。短路耐 受能力是由短路电流开始流动到引起破坏为止的 时间决定的
过电压的保护电路
IGBT Nomenclature for Gen 4
NPT IGBT Nomenclature for Gen 5
IR IGBT 的机会
1：IR IGBT主要使用场合：功放音响，多头电磁炉，电机驱 动转换，大功率通讯电源,ups不间断电源…… 2了解需求IGBT产品上的规格: 输出功率,效率,输入电压范围,环境温度,工作电压,工作电流 (在100度)…… 3 假如有竞争对手,需要了解竞争对手的型号,上机后的主要性 能,IGBT的温度,整机的工作效率,以及价格等问题….. 4:关注客户对IGBT的使用的熟悉程度,是否需要做技术培训
IRectifier IGBT芯片发展过程
Trend IGBT 的特点
New technology enables reduction in losses and size of inverterfor motor drives
Reducing Power Dissipation in the Inverter: Low VCEON Reduces Conduction Losses
IGBT的实际等效电路
IGBT的擎住效应
1）采用难以产生“擎住效应”的构造（降低 中基极－发 射极间的电阻）。 2）通过优化n 缓冲层的厚度和不纯物浓度来控制pnp 晶体 管的hFE。 3）通过导入降低寿命的因素来控制pnp 晶体管的hFE。 通过以上的技术，IGBT 在能够维持充分保护过电流（短 路）的最大耐受量的基础上，实现了高速交换、高耐压、 大容量化，同时得到了产品化限制
IGBT（ SO A）安全工作区
安全工作区（ SO A）反映了一个晶体管同时承受一定电压和电流的能力， 由电流、电压和功耗三条边界极限包围而成。最大漏极电流 I dm 是根据避免 动态擎住而设定的，最大漏源电压 Udsm是由 IGBT中晶体管PNP管的击穿电 压所确定，最大功耗则是由最高允许结温所决定。导通时间越长，发热越严重 ，安全工作区则越窄。
IGBT TEST DATA
Die Size Comparison.
IFX vs. IR 6A 600V IGBT Comparison
IR & Toshiba Full pakTrench IGBT comparison
IR & Toshiba Full pakTrench IGBT comparison
结束
THE END
谢谢大家！
HBSR Advantages/Disadvantages•
IR Portfolio for HBSR Topology
600Leabharlann Baidu IGBT Competition
Power Losses Comparison
IGBT 保护：电气故障判断
IGBT 保护的几种方式
IGBT 保护的几种方式 .短路保护 通常是（SC）保护 措施：VCE_SAT检测/电流检测电阻, RGE, G-E钳位二极管 .过流保护（OC 保护） 措施: 电流检测电阻,电流传感器 .过热保护（OT 保护） 措施: NTC 温度检测电阻/隔离放大器 .欠压保护（UV 保护） 措施: 驱动器的低压切断功能（UVLO）功能 .过压保护（OV 保护） 措施: G-E钳位二极管（VGE） 软关断，关断延迟
Why Induction Heating?
Typical Inverter Topologies
Half-Bridge Series Resonant Converter
Sample of Typical HBSR Cooktop Application
Circuit Operation: