絕緣柵雙極晶體管（IGBT） 是總線電壓幾百至上千伏的應用的理想之選。作為少數載流子器件
，IGBT在該電壓範圍內具備優於MOSFET的導通特性
，同時擁有與MOSFET十分相似的柵極結構
，能實現輕鬆控製。此外，由於無需采用集成式反向二極管，這使製造商能夠靈活地選擇針對應用優化的快速“複合封裝（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二極管的反向恢複電荷Qrr和反向恢複時間trr會隨著額定電壓的升高而增大。

當然，導通效率的提高需要付出代價：IGBT通常具備相對較高的開關損耗，這可降低應用開關頻率。這二者之間的權衡以及其他應用和生產注意事項為數代IGBT以(yi)及(ji)不(bu)同(tong)的(de)子(zi)類(lei)器(qi)件(jian)的(de)誕(dan)生(sheng)創(chuang)造(zao)了(le)條(tiao)件(jian)。眾(zhong)多(duo)的(de)產(chan)品(pin)使(shi)得(de)在(zai)選(xuan)型(xing)時(shi)采(cai)用(yong)嚴(yan)格(ge)的(de)流(liu)程(cheng)變(bian)得(de)十(shi)分(fen)重(zhong)要(yao)，因(yin)為(wei)這(zhe)可(ke)對(dui)電(dian)氣(qi)性(xing)能(neng)和(he)成(cheng)本(ben)產(chan)生(sheng)重(zhong)大(da)影(ying)響(xiang)。

IGBT的電壓選擇

以往用於110V至220V整流總線應用的IGBT的額定電壓為600V，而用於三相380V 至440V整流總線應用的IGBT的額定電壓為1200V。IR還推出數量有限的900V IGBT。近幾年來
，IR為擴大客戶的選型範圍，又推出了330V器件（通常不用於直接連接市電的應用）。

與MOSFET不同，IGBT無雪崩額定值，因此確保在最差條件下IGBT的電壓低於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（例如電機驅動應用的電氣製動）
• IGBT采用最大開關速度（di/dt）
  、最大雜散電感和最小總線電容關斷時的最大過衝電壓
• 最低的工作溫度（由於擊穿電壓具備負溫度係數）

IGBT的短路安全工作區額定值（SCSOA選擇）

這種特性指器件能夠在一定時間內（單位：微秒）承受通過終端輸入的最大總線電壓，並能夠安全關斷。在這種條件下，IGBT將會達到其飽和電流（取決於第幾代器件和器件的電流額定值），並有效控製係統的電流，同時耗散大量功率。

盡管所有IGBT都具備內在的短路安全工作區（SOA）功能，但IGBT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製飽和電流，從而限製功耗：這可導致與VCE（ON）實現平衡
，如表1所示。

短路電流額定IGBT

如圖3所示
，當電機驅動逆變器輸出發生短路時，需要采用這種類型器件。IGBT需要能夠承受足夠長的時間，從而使保護電路安全關斷器件。

duiyudaxinggongyequdongyingyongeryan，nibianqishuchuduanyudianjizhijiandechangdianlanjiqixiangguandejishengdianrongposhishejirenyuanzengjiabaohudianludexiaoyinshijian
，congerbimianqijiancuowutiaozha。zhefanguolaihuitigaoduiIGBT的要求。業界已針對這種應用確定了10μs的標準額定值。IR推出了一係列具備該額定值的器件。

在zai某mou些xie情qing況kuang下xia
，縮suo短duan保bao護hu電dian路lu的de消xiao隱yin時shi間jian是shi可ke能neng的de，例li如ru縮suo短duan電dian機ji直zhi接jie安an裝zhuang在zai逆ni變bian器qi輸shu出chu端duan上shang的de集ji成cheng式shi電dian機ji驅qu動dong器qi保bao護hu電dian路lu的de消xiao隱yin時shi間jian。在zai這zhe種zhong情qing況kuang下xia
，優you化hua器qi件jian是shi可ke能neng的de。IR推出了一係列具備5μs至6μs短路SOA額定值的低VCE（ON）器件。

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非短路電流額定IGBT

在電源等應用中，IGBT與(yu)輸(shu)出(chu)終(zhong)端(duan)之(zhi)間(jian)會(hui)裝(zhuang)配(pei)一(yi)個(ge)電(dian)感(gan)器(qi)。在(zai)這(zhe)種(zhong)情(qing)況(kuang)下(xia)，輸(shu)出(chu)終(zhong)端(duan)出(chu)現(xian)短(duan)路(lu)會(hui)使(shi)輸(shu)出(chu)電(dian)感(gan)器(qi)與(yu)直(zhi)流(liu)總(zong)線(xian)實(shi)現(xian)串(chuan)聯(lian)，從(cong)而(er)允(yun)許(xu)利(li)用(yong)電(dian)感(gan)器(qi)控(kong)製(zhi)電(dian)流(liu)的(de)上(shang)升(sheng)速(su)度(du)（di/dt）（如圖4所示）。在這種情況下
，IGBT本身未出現短路，因此其短路保護電路有充足的時間關斷這些器件。


對IGBT取消這種要求，使IR能夠推出一係列具備極低VCE（ON），用於焊接、UPS
、太陽能和類似應用的非短路電流額定IGBT。

速度選擇：關斷行為

對於IGBT而er言yan
，主zhu要yao的de參can數shu平ping衡heng為wei導dao通tong損sun耗hao與yu開kai關guan損sun耗hao之zhi間jian的de平ping衡heng
，在zai這zhe方fang麵mian特te征zheng拖tuo尾wei電dian流liu發fa揮hui了le重zhong要yao作zuo用yong。芯xin片pian設she計ji者zhe可ke優you化hua這zhe二er者zhe之zhi間jian的de平ping衡heng，主zhu要yao取qu決jue於yu應ying用yong的de開kai關guan頻pin率lv：表2為4個不同速度的平衡示例。

jinguanzheshiyingkaiguanyingyongshujubiaozhongdezhongyaotexing，danruankaiguanyingyongyebixuyaogengduodikaolvzhexietexing。zaizhezhongqingkuangxia，zaiyingkaiguantiaojianxiabijiaolianggeqijian
，huidechucuowuderuankaiguanxingweijielun。rutu5所示
，如果通過增加緩衝電容器實現軟關斷
，器件的尾電流相對於在正常硬開關應用中，會起到更大的作用。

IGBT硬開關和軟開關波形

鑒於這個原因，在計劃用於這些條件的某些器件中
，IR將開始提供在軟開關條件下的開關損耗信息：

• 在IRGP4068DPBF中
  ，IR將提供采用緩衝電容器不同值（確保零電壓開關操作）實現的關斷損耗
• 在IRG7I313UPBF 和 IRG7IC28UPBF中，IR將提供在零電壓開關條件下測量的EPulse參數值。

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IGBT封裝選擇

封裝可分為通孔封裝和表麵貼裝兩種形式，如圖6所示。通孔封裝具備更廣泛的選擇，適用於高電流額定值，並可實現高效冷卻，如RthCS額e定ding值zhi所suo示shi。這zhe些xie額e定ding值zhi是shi基ji於yu采cai用yong隔ge離li技ji術shu的de典dian型xing裝zhuang配pei方fang法fa。表biao麵mian貼tie裝zhuang器qi件jian可ke簡jian化hua裝zhuang配pei，但dan僅jin適shi用yong於yu低di電dian流liu額e定ding值zhi，並bing且qie散san熱re性xing能neng要yao差cha很hen多duo，即ji使shi是shi采cai用yong熱re過guo孔kong。重zhong要yao的de是shi，要yao注zhu意yi
，不bu能neng采cai用yongSMD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力。圖6顯示的 SMD RthCS額定值是基於典型的電路板裝配條件（具備熱過孔）。

IGBT電氣和熱性能分析

為達到特定的應用設計目標，工程師需要對不同器件進行比較。通常比較的內容包括：能效
、最大額定電流

、最高溫度等參數。盡管提供Spice模mo型xing，但dan在zai預yu測ce開kai關guan損sun耗hao時shi
，很hen難nan對dui參can數shu進jin行xing關guan聯lian。鑒jian於yu這zhe個ge原yuan因yin
，常chang見jian的de方fang法fa是shi建jian立li器qi件jian行xing為wei模mo型xing
，利li用yong簡jian單dan的de公gong式shi計ji算suan在zai特te定ding應ying用yong中zhong的de總zong導dao通tong和he開kai關guan損sun耗hao。

對於電機驅動器而言，這種方法可用於計算作為開關頻率（具備固定的？TJS）函數的最大允許電流，如圖7所示：該圖顯示具備類似晶粒尺寸的不同代IGBT的導通損耗

、開關損耗和散熱性能之間的平衡。

如圖8所示，功率因數校正應用可采用類似的方法。

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IGBT成本分析

最後階段的成本分析是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IR IGBT選型工具顯示的內容輕鬆看出。該圖顯示了滿足輸入參數的多個不同器件。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品（如圖10所示），使客戶能夠選擇不同的成本/性能平衡點。平麵技術可用於高成本效益的解決方案，而最新的溝槽IGBT則具備最優的性能。