低功率IGBT在電源領(lǐng)域的應(yīng)用優(yōu)勢(shì):

大部分輸出功率為250~4000W的AC/DC電源的開(kāi)關(guān)頻率都在50~125kHz之間。這些電源通常采用連續(xù)導(dǎo)通模式(CCM)的升壓PFC(功率因數(shù)校正)電路，開(kāi)關(guān)頻率低于100kHz的CCMPFC是最早使用IGBT的電路。在開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)中使用MOSFET為開(kāi)關(guān)功率器件，這不是因?yàn)樗亲詈玫募夹g(shù)方案，而是因?yàn)樗前殡S開(kāi)關(guān)模式電源設(shè)計(jì)而成長(zhǎng)的開(kāi)關(guān)功率器件。典型的高壓MOSFET的電流密度一般為10～20A/cm2，它的主要優(yōu)點(diǎn)在于切換損耗相對(duì)而言比較低，主要缺點(diǎn)是導(dǎo)通狀態(tài)損耗高和電流密度低。IGBT的電流密度大約是100A/cm2，因此在相同的電路中，尺寸為MOSFET 1/5的IGBT芯片便可達(dá)到與MOSFET同樣的功效。在電流不同時(shí)，IGBT的導(dǎo)通壓降變化不大。

  在250～4000W功率范圍的電源上，快速I(mǎi)GBT顯示了強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)。例如，在冗余陣列磁片機(jī)服務(wù)器(RAID)應(yīng)用中，一只Fairchild的SMPSIGBT功率器件可以完成3只MOSFET功率器件的工作，而且省掉了MOSFET所需的外部驅(qū)動(dòng)器，使器件的成本得以降低，而減少功率器件的數(shù)量對(duì)服務(wù)器的平均無(wú)故障工作時(shí)間(MTBF)是有利的。

  設(shè)計(jì)電源的一個(gè)常用方法是擴(kuò)展現(xiàn)有的平臺(tái)，以達(dá)到較高的功率要求。利用新的Faster IGBT，可以實(shí)現(xiàn)更高的功率密度，同時(shí)降低物料和裝配的費(fèi)用。在這方面經(jīng)常遇到的問(wèn)題是柵極電壓，因?yàn)榇蠖鄶?shù)MOSFET設(shè)計(jì)時(shí)使用10V的柵極驅(qū)動(dòng)器，而IGBT設(shè)計(jì)的柵極工作電壓是12～15V，新的Fairchild SMPSIGBT功率器件已考慮了柵極驅(qū)動(dòng)電壓，將柵極驅(qū)動(dòng)電壓的要求降低到與MOSFET一樣。
  另一個(gè)問(wèn)題是，在某些設(shè)計(jì)中最初的系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用若干只MOSFET功率器件并聯(lián)工作，這樣就能在較大的面積上把開(kāi)關(guān)產(chǎn)生的熱量散發(fā)出去。而采用IGBT來(lái)完成與較大的MOSFET相同的功能，散熱途徑將受到影響(當(dāng)采用并聯(lián)MOSFET時(shí)，封裝和散熱片之間的接觸面是最大的影響因素)。為了在這些場(chǎng)合利用IGBT的優(yōu)勢(shì)，在熱設(shè)計(jì)中需要重新考慮散熱途徑。隨著軟開(kāi)關(guān)的應(yīng)用，高壓半導(dǎo)體的主要功率損失變?yōu)閷?dǎo)通損耗，對(duì)于功率范圍較高的電源，IGBT因其導(dǎo)通損耗低而取得了很好的表現(xiàn)。隨著結(jié)溫升高，IGBT的導(dǎo)通壓降USAT往往降低，而關(guān)斷損耗往往增加。MOSFFT則與之相反，隨著結(jié)溫升高，導(dǎo)通電阻RDS(on)增加，而關(guān)斷損耗則保持不變。這表示在許多情況下，當(dāng)系統(tǒng)溫度上升時(shí)，IGBT溫度上升的速度比MOSFET慢，因而與采用MOSFET的系統(tǒng)相比，使用IGBT的系統(tǒng)的效率變化較小。

  IGBT通常配有一個(gè)反向并聯(lián)二極管，其作用與MOSFET的體內(nèi)二極管一樣。而具有快速寄生體內(nèi)二極管的高壓MOSFET，它的反向恢復(fù)時(shí)間為250ns。這種二極管的性能比以前的體內(nèi)二極管有所改進(jìn)，而IGBT的反向并聯(lián)二極管是性能更好的二極管，它的反向恢復(fù)時(shí)間范圍為25ns。在需要反向并聯(lián)二極管的應(yīng)用中，采用IGBT是一個(gè)較好的方案。

  現(xiàn)在越來(lái)越多的開(kāi)關(guān)電源采用IGBT，同時(shí)也要求進(jìn)一步降低它們的導(dǎo)通壓降，這樣可以擴(kuò)大IGBT在電源技術(shù)中的應(yīng)用范圍。由于采用更好的晶圓處理和外延控制技術(shù)，IGBT的性能將更加完善。隨著IGBT在電源產(chǎn)品中的應(yīng)用增多，速度更快的IGBT的成本將下降。而且，由于目前IGBT的成本比同等的MOSFET略低一些，這將加速I(mǎi)GBT的推廣應(yīng)用。