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IGBTyijibutongdezileiqijiandedanshengchuangzaoletiaojian。zhongduodechanpinshidezaixuanxingshicaiyongyangedeliuchengbiandeshifenzhongyao，yinweizhekeduidianqixingnenghechengbenchanshengzhongdayingxiang。

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。

對(dui)於(yu)大(da)型(xing)工(gong)業(ye)驅(qu)動(dong)應(ying)用(yong)而(er)言(yan)，逆(ni)變(bian)器(qi)輸(shu)出(chu)端(duan)與(yu)電(dian)機(ji)之(zhi)間(jian)的(de)長(chang)電(dian)纜(lan)及(ji)其(qi)相(xiang)關(guan)的(de)寄(ji)生(sheng)電(dian)容(rong)迫(po)使(shi)設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)增(zeng)加(jia)保(bao)護(hu)電(dian)路(lu)的(de)消(xiao)隱(yin)時(shi)間(jian)
，從(cong)而(er)避(bi)免(mian)器(qi)件(jian)錯(cuo)誤(wu)跳(tiao)閘(zha)。這(zhe)反(fan)過(guo)來(lai)會(hui)提(ti)高(gao)對(dui)IGBT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，IGBTyushuchuzhongduanzhijianhuizhuangpeiyigedianganqi。zaizhezhongqingkuangxia，shuchuzhongduanchuxianduanluhuishishuchudianganqiyuzhiliuzongxianshixianchuanlian，congeryunxuliyongdianganqikongzhidianliudeshangshengsudu（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(yong)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。