安森美半导体是领先的功率器件半导体供应商，提供全面的功率器件，包括MOSFET、IGBT、二极管、宽带隙(WBG)等分立器件及智能功率模块(IPM)等功率模块，尤其在收购Fairchild半导体后，是全球第二大功率分立器件半导体供应商，在IGBT领域有着不可比拟的优势，提供同类最佳的IGBT技术和最宽广的IGBT产品阵容。


      安森美半导体在IGBT领域的优势


      安森美半导体在功率器件、IGBT、薄晶圆和封装技术方面有强大的知识产权阵容，在全球多地拥有IGBT制造设施，量产点火IGBT具有30年经验，600 V和1200 V沟槽场截止IGBT平台性能已通过分立产品和功率集成模块(PIM)系列证实。自2016年9月收购Fairchild，安森美半导体的IGBT产品阵容大为扩展，提供600 V、650 V、1200 V、1350 V、1500 V IGBT，采用TO-3P、TO-247、TO-247 4L、TO-220、TO-220 FullPak、D2PAK、DPAK等封装，用于汽车、太阳能逆变器、不间断电源(UPS)、电磁炉、电焊机和电机控制等各种不同应用。

图1：安森美半导体的IGBT阵容

      沟槽栅场截止IGBT技术是当前IGBT领域的一大技术亮点，图2为安森美半导体的沟槽栅场截止IGBT的横截面，采用了背面金属化、背面注入、栅氧化、场氧化、钝化等工艺，电场分布呈梯形，可实现优化的导通损耗和开关性能。

图2：沟槽栅场截止IGBT横截面

      安森美半导体的IGBT具有出色的非钳位感性开关(UIS)能力，大大增强了在系统发生瞬态事件时的可靠性。UIS用以测试器件的抗雪崩能力，如器件在击穿后能承受的能量水平。UIS能力不依赖于击穿电压。


      安森美半导体的FSIII 超场截止1200 V IGBT采用公司专有的超场截止沟槽技术，并与一个具有软关断特性的快速恢复二极管(FRD)共同封装在一起，提供最小的反向恢复损耗。FSIII FRD采用更薄的外延层、优化的外延缓冲层和更少掺杂的阳极，表现出更低的正向压降(VF)、更软开关和更低的反向恢复电流(IRRM)。加之其极宽的高度触发的场截止层，能实现领先行业的总开关损耗，为大功率开关系统在电源能效方面设立新的基准。如NGTB40N120FL3WG的总开关损耗为2.7毫焦耳(mJ)，而NGTB25N120FL3WG的总开关损耗为1.7 mJ。两款器件在各自额定电流下的VCEsat均为1.7 V，非常适用于UPS和太阳能逆变器。NGTB40N120L3WG经优化提供低导通损耗，额定电流下的VCEsat为1.55 V，总开关损耗为3 mJ，主要针对电机驱动应用。这些1200 V IGBT还曾在2016年获《今日电子》与21IC中国电子网联合颁发“Top 10电源产品奖”，这是于电子业备受认同的确定高品质产品的一个基准。


      安森美半导体的FS4沟槽场截止650 V IGBT，如FGH50T65SQD_F155和FGH75T65SQD_F155，具备高电流能力、高输入阻抗、快速开关和紧密的参数分布等特性。


      FSIII和FS4都是先进的IGBT技术，提供高性能和强固的IGBT产品。


      此外，安森美半导体不光在分立器件上有业界领先的产品，公司还结合在功率模块上的先进技术，推出了用于太阳能逆变器和UPS的T型逆变器 PIM。集成化的模块包括了IGBT及整流器，采用安森美半导体的专有沟槽FS技术及强固的超快FRD，配置为中点钳位式T型拓扑结构，能效可超过98%。模块中的IGBT通过在低饱和电压(Vce)和低关断损耗(Eoff)之间权衡取舍，恰到好处地优化电路性能，具有最大结温Tj = 175°C或短路能力。模块中的超快整流器提供低VF性能和高温能力。可配置的封装平台采用大功率直接键合铜(DBC)基板技术及专有的压合(press-fit)引脚，可以提供更高的功率密度、更高的性能与更高的可靠性。


      我们对安森美半导体的IGBT PIM模块和竞争对手的IGBT模块进行了能效对比测试，它们被评估用于一个7千瓦的T型逆变器应用，工作于15千赫、200 V交流电压和650伏直流链电压。结果表明，安森美半导体的IGBT PIM模块能效和热性能都要优于竞争器件。


      用于白家电的IGBT


      1. 功率因数校正(PFC) 类应用


      PFC类的IGBT主要用于工业、空调等应用，工作频率在20至40 kHz，峰值电流在20 A至 40 A，要求低噪声、低开关损耗。


      同等工作条件下，IPM结构比分立的PFC结构提供更高的工作频率，且由于其将升压线圈布设在电路板上，从而减小磁芯尺寸，进而降低组装成本。在220 V交流电压，4 kW工作频率下，无桥交错式PFC的系统总损耗还较分立的升压PFC降低38%。

表1：安森美半导体用于PFC类白家电的IGBT阵容

      2. 逆变器类应用


      这类应用主要包括冰箱、洗衣机、洗碗机等，工作频率在5至20 kHz，峰值电流在3至15 A，要求低功耗、高可靠性，若需降低成本，可转向采用分立的IGBT。


      例如，对于用于冰箱的逆变器，安森美半导体提供600 V NGTB03N60R2DT4G、NGTB05N60R2DT4G、NGTB10N60R2DT4G，采用紧凑的DPAK封装，提供低饱和电压VCE(sat)，能承受达5 μs的短路，散热性极佳，有助于设计人员采用紧凑的PCB和实现高能效。


      对于用于洗衣机、电锯的逆变器或电机，安森美半导体提供采用DPAK封装的NGTB10N60R2DT4G、采用TO-220F-3FS封装的NGTB10N60FG和NGTB15N60R2FG，这些IGBT具有低VCE(sat)和高速开关性能，能承受达5 μs的短路，无需隔离器件，提供高能效。


      3. 感应加热类应用


      感应加热类应用分为两种拓扑结构：单端式和半桥式。单端式结构简单，主要用于电饭煲、微波炉等低成本应用，需要IGBT、电容及电感等高压器件，最大功率不超过2 kW，通过电压谐振实现软开关，采用高BVces的IGBT，最好具有快速开关性能，电压范围在1000至1,500 V，电流在15至30 A；半桥式拓扑主要用于频率超过2 kW 的高功率应用如电磁炉炉面，需要2个IGBT和隔离的门极驱动器，通过电流谐振实现软开关，采用高额定电流的IGBT，最好具有低VCE(sat)，电压范围在600至650 V，电流在40至60 A。

图3：单端拓扑(左)和半桥拓扑(右)

表2：安森美半导体用于感应加热类白家电的IGBT阵容

      4.总结


      安森美半导体是领先的IGBT供应商，具备先进的IGBT技术和宽广的IGBT阵容，提供从600 V到1500 V、涵盖平面型和沟槽型、FS到FS4的高性能IGBT和IGBT PIM。公司专有的沟槽场截止技术和封装优势，完美地平衡开关损耗和导通损耗，能满足各类应用和不同客户的需求。