絕緣柵雙極晶體管（IGBT） 是總線電壓幾百至上千伏的應(yīng)用的理想之選。作為少數(shù)載流子器件,，IGBT在該電壓范圍內(nèi)具備優(yōu)于MOSFET的導(dǎo)通特性,，同時擁有與MOSFET十分相似的柵極結(jié)構(gòu)，能實現(xiàn)輕松控制,。此外,，由于無需采用集成式反向二極管，這使制造商能夠靈活地選擇針對應(yīng)用優(yōu)化的快速“復(fù)合封裝（co-pak）”二極管 （IGBT和二極管采用同一個封裝）,，這與固有MOSFET二極管相反,，固有MOSFET二極管的反向恢復(fù)電荷Qrr和反向恢復(fù)時間trr會隨著額定電壓的升高而增大。

　　當(dāng)然,，導(dǎo)通效率的提高需要付出代價：IGBT通常具備相對較高的開關(guān)損耗,，這可降低應(yīng)用開關(guān)頻率。這二者之間的權(quán)衡以及其他應(yīng)用和生產(chǎn)注意事項為數(shù)代IGBT以及不同的子類器件的誕生創(chuàng)造了條件,。眾多的產(chǎn)品使得在選型時采用嚴(yán)格的流程變得十分重要,，因為這可對電氣性能和成本產(chǎn)生重大影響。

　　從用戶角度而言,，IGBT選型過程可實現(xiàn)簡化,，如圖1所示。由于該過程具備重復(fù)屬性,，因此十分適合實現(xiàn)自動化操作,。國際整流器公司現(xiàn)已開發(fā)出一個實用的在線選型工具，如圖2所示,。這個工具包含IR公司200多種IGBT器件的電氣模型和熱模型,。

　　電壓選擇

　　以往用于110V至220V整流總線應(yīng)用的IGBT的額定電壓為600V，而用于三相380V 至440V整流總線應(yīng)用的IGBT的額定電壓為1200V,。IR還推出數(shù)量有限的900V IGBT,。近幾年來，IR為擴(kuò)大客戶的選型范圍,，又推出了330V器件（通常不用于直接連接市電的應(yīng)用）,。

　　與MOSFET不同，IGBT無雪崩額定值,，因此確保在最差條件下IGBT的電壓低于擊穿電壓額定值十分重要,。在這種最差條件下，通常需要考慮以下幾點：

　　* 采用最大線路輸入電壓的最大總線電壓和最大總線過壓（例如電機(jī)驅(qū)動應(yīng)用的電氣制動）

　　* IGBT采用最大開關(guān)速度（di/dt）,、最大雜散電感和最小總線電容關(guān)斷時的最大過沖電壓

　　* 最低的工作溫度（由于擊穿電壓具備負(fù)溫度系數(shù)）

　　短路安全工作區(qū)額定值

　　這種特性指器件能夠在一定時間內(nèi)（單位：微秒）承受通過終端輸入的最大總線電壓,，并能夠安全關(guān)斷。在這種條件下,，IGBT將會達(dá)到其飽和電流（取決于第幾代器件和器件的電流額定值）,，并有效控制系統(tǒng)的電流，同時耗散大量功率,。

　　盡管所有IGBT都具備內(nèi)在的短路安全工作區(qū)（SOA）功能,，但I(xiàn)GBT主要歸類為短路電流額定器件，而不是非短路電流額定器件,。短路電流額定器件旨在限制飽和電流,，從而限制功耗：這可導(dǎo)致與VCE（ON）實現(xiàn)平衡，如表1所示,。

　　短路電流額定IGBT

　　如圖3所示,，當(dāng)電機(jī)驅(qū)動逆變器輸出發(fā)生短路時，需要采用這種類型器件,。IGBT需要能夠承受足夠長的時間,，從而使保護(hù)電路安全關(guān)斷器件。

　　對于大型工業(yè)驅(qū)動應(yīng)用而言,，逆變器輸出端與電機(jī)之間的長電纜及其相關(guān)的寄生電容迫使設(shè)計人員增加保護(hù)電路的消隱時間,，從而避免器件錯誤跳閘。這反過來會提高對IGBT的要求,。業(yè)界已針對這種應(yīng)用確定了10μs的標(biāo)準(zhǔn)額定值,。IR推出了一系列具備該額定值的器件。

　　在某些情況下,，縮短保護(hù)電路的消隱時間是可能的,，例如縮短電機(jī)直接安裝在逆變器輸出端上的集成式電機(jī)驅(qū)動器保護(hù)電路的消隱時間,。在這種情況下，優(yōu)化器件是可能的,。IR推出了一系列具備5μs至6μs短路SOA額定值的低VCE（ON）器件,。

　　非短路電流額定IGBT

　　在電源等應(yīng)用中，IGBT與輸出終端之間會裝配一個電感器,。在這種情況下,，輸出終端出現(xiàn)短路會使輸出電感器與直流總線實現(xiàn)串聯(lián)，從而允許利用電感器控制電流的上升速度（di/dt）（如圖4所示）,。在這種情況下,，IGBT本身未出現(xiàn)短路，因此其短路保護(hù)電路有充足的時間關(guān)斷這些器件,。

　　對IGBT取消這種要求,，使IR能夠推出一系列具備極低VCE（ON），用于焊接,、UPS,、太陽能和類似應(yīng)用的非短路電流額定IGBT。

　　速度選擇：關(guān)斷行為

　　對于IGBT而言,，主要的參數(shù)平衡為導(dǎo)通損耗與開關(guān)損耗之間的平衡,，在這方面特征拖尾電流發(fā)揮了重要作用。芯片設(shè)計者可優(yōu)化這二者之間的平衡,，主要取決于應(yīng)用的開關(guān)頻率：表2為4個不同速度的平衡示例,。

　　盡管這是硬開關(guān)應(yīng)用數(shù)據(jù)表中的重要特性，但軟開關(guān)應(yīng)用也必須要更多地考慮這些特性,。在這種情況下,，在硬開關(guān)條件下比較兩個器件，會得出錯誤的軟開關(guān)行為結(jié)論,。如圖5所示,，如果通過增加緩沖電容器實現(xiàn)軟關(guān)斷，器件的尾電流相對于在正常硬開關(guān)應(yīng)用中,，會起到更大的作用,。

　　鑒于這個原因，在計劃用于這些條件的某些器件中,，IR將開始提供在軟開關(guān)條件下的開關(guān)損耗信息：

　　* 在IRGP4068DPBF中,，IR將提供采用緩沖電容器不同值（確保零電壓開關(guān)操作）實現(xiàn)的關(guān)斷損耗

　　* 在IRG7I313UPBF 和 IRG7IC28UPBF中，IR將提供在零電壓開關(guān)條件下測量的EPulse參數(shù)值,。

　　封裝選擇

　　封裝可分為通孔封裝和表面貼裝兩種形式,，如圖6所示。通孔封裝具備更廣泛的選擇,，適用于高電流額定值,，并可實現(xiàn)高效冷卻,，如RthCS額定值所示。這些額定值是基于采用隔離技術(shù)的典型裝配方法,。表面貼裝器件可簡化裝配,，但僅適用于低電流額定值，并且散熱性能要差很多,，即使是采用熱過孔。重要的是,，要注意,，不能采用SMD方法裝配通孔器件，因為這些器件無法承受該工藝帶來的高應(yīng)力,。圖6顯示的 SMD RthCS額定值是基于典型的電路板裝配條件（具備熱過孔）,。

　　電氣和熱性能分析

　　為達(dá)到特定的應(yīng)用設(shè)計目標(biāo)，工程師需要對不同器件進(jìn)行比較,。通常比較的內(nèi)容包括：能效,、最大額定電流、最高溫度等參數(shù),。盡管提供Spice模型,，但在預(yù)測開關(guān)損耗時，很難對參數(shù)進(jìn)行關(guān)聯(lián),。鑒于這個原因,，常見的方法是建立器件行為模型，利用簡單的公式計算在特定應(yīng)用中的總導(dǎo)通和開關(guān)損耗,。

　　對于電機(jī)驅(qū)動器而言,，這種方法可用于計算作為開關(guān)頻率（具備固定的？TJS）函數(shù)的最大允許電流,，如圖7所示：該圖顯示具備類似晶粒尺寸的不同代IGBT的導(dǎo)通損耗,、開關(guān)損耗和散熱性能之間的平衡。

　　如圖8所示,，功率因數(shù)校正應(yīng)用可采用類似的方法,。

　　成本分析

　　最后階段的成本分析是IGBT選型過程不可或缺的一部分，因為它可提供更高的自由度,。這可通過圖9內(nèi)IR IGBT選型工具顯示的內(nèi)容輕松看出,。該圖顯示了滿足輸入?yún)?shù)的多個不同器件。它們分別代表了選型流程的不同成本/性能平衡點,。

　　尤其是,，它提供了不同代的所有類別產(chǎn)品（如圖10所示），使客戶能夠選擇不同的成本/性能平衡點,。平面技術(shù)可用于高成本效益的解決方案,，而最新的溝槽IGBT則具備最優(yōu)的性能,。