淺談瑞能逆導(dǎo)IGBT助推感應(yīng)加熱的卓越實(shí)力

技術(shù)小課堂不掉線

加熱時(shí)間快，無明火，功率大，

電能熱能轉(zhuǎn)換效率高，

系統(tǒng)成本低等優(yōu)點(diǎn)的加持下，

感應(yīng)加熱已經(jīng)在家電市場(chǎng)普遍應(yīng)用。

與此同時(shí)，制造商和最終用戶

對(duì)感應(yīng)加熱提出了更加精準(zhǔn)的需求。

設(shè)計(jì)一種大功率，高可靠性，

高集成的感應(yīng)加熱系統(tǒng)就很有必要。

本期，

從瑞能半導(dǎo)體WG30R135W1

和WG30R140W1著手，

淺談瑞能逆導(dǎo)IGBT

助推感應(yīng)加熱的卓越實(shí)力。

以電磁爐為例，利用交變電流通過線圈產(chǎn)生方向不斷改變的交變磁場(chǎng)，處于交變磁場(chǎng)中的導(dǎo)體的內(nèi)部將會(huì)出現(xiàn)渦旋電流，渦旋電流的焦耳熱效應(yīng)使導(dǎo)體升溫，從而實(shí)現(xiàn)加熱的目的。

下圖是典型的電磁爐結(jié)構(gòu)及電路框圖，其能量的來源主要是鍋具，電容和IGBT組成的單端逆變器產(chǎn)生的交變電流。其中，IGBT是單端逆變器的核心器件。由于RC-IGBT兼具IGBT的優(yōu)越性能以及反并聯(lián)二極管的可靠續(xù)流性能，所以RC-IGBT非常適用于感應(yīng)加熱應(yīng)用領(lǐng)域。

圖1：典型的電磁爐結(jié)構(gòu)及電路框圖

產(chǎn)品說明

以最新生產(chǎn)的RC-IGBTWG30R135W1和WG30R140W1為例，WG30R135W1是一款1350V耐壓的產(chǎn)品，WG30R140W1是一款1400V耐壓的產(chǎn)品。兩者均是30A的額定電流，TO247封裝。該產(chǎn)品能夠給予客戶更多的設(shè)計(jì)裕量，能夠滿足電磁爐復(fù)雜和惡劣的應(yīng)用場(chǎng)景，助力電磁爐廠商的設(shè)計(jì)和應(yīng)用。

下圖是選擇了一些國(guó)內(nèi)和國(guó)際上的產(chǎn)品規(guī)格相近的一些產(chǎn)品在整機(jī)上做的溫升測(cè)試，室溫為25oC, 運(yùn)行10分鐘，然后記錄下器件的殼溫。從對(duì)比的結(jié)果上看，瑞能的RC-IGBT產(chǎn)品溫度基本處于同類產(chǎn)品中最優(yōu)的，這主要得益于RC-IGBT較低的損耗。

圖2：溫升測(cè)試產(chǎn)品表現(xiàn)

可靠性表現(xiàn)

由于人們的烹飪習(xí)慣和應(yīng)用場(chǎng)景是不同的，電磁爐的運(yùn)行工況往往也是非常復(fù)雜的。比如在電磁爐的鍋檢或者剛剛啟動(dòng)的時(shí)候，IGBT可能不會(huì)實(shí)現(xiàn)ZVS，這時(shí)電流直接流過電容，此時(shí)脈沖電流往往是非常大的，這就要求IGBT能在這種高電壓和大脈沖電流下順利開通，并且保證保證波形平滑無震蕩。

下圖是瑞能RC-IGBT產(chǎn)品和國(guó)內(nèi)某友商在這種狀態(tài)下的開通波形，可以看出瑞能RC-IGBT產(chǎn)品能夠在高電壓、大脈沖電流條件下具有穩(wěn)定平滑的開關(guān)波形，可靠性更高。

圖3：瑞能RC-IGBT產(chǎn)品（上）

與國(guó)內(nèi)某友商（下）的開通波形對(duì)比

由于應(yīng)用場(chǎng)景的多樣化，比如在移鍋或者顛鍋或者面臨一些浪涌，就要求IGBT要有較高的擊穿耐壓應(yīng)力。下圖是實(shí)驗(yàn)室根據(jù)客戶工況測(cè)試的結(jié)果，從中可以看出瑞能RC-IGBT產(chǎn)品具有較強(qiáng)的耐擊穿電壓，可靠性更強(qiáng)。

圖4：瑞能RC-IGBT產(chǎn)品（左）

與國(guó)內(nèi)某友商（右）面對(duì)電磁爐不可預(yù)測(cè)工況的波形對(duì)比

看懂RC‐IGBT

RC‐IGBT 為Reverse Conducting Insulated Gate Bipolar Transistor 的簡(jiǎn)稱, 是IGBT產(chǎn)品家族針對(duì)不同應(yīng)用特點(diǎn)發(fā)展出來的一個(gè)重要分支。

圖5：瑞能RC-IGBT的剖面圖

RC‐IGBT 主要是將集電極中的部分P區(qū)替換為N區(qū)，與發(fā)射極中的P區(qū)形成PIN二極管。一般IGBT產(chǎn)品往往需要反并聯(lián)一個(gè)二極管，但是RC‐IGBT通過將續(xù)流二極管芯片巧妙的集成到IGBT芯片中，可以有效提升晶圓的利用率，以此來實(shí)現(xiàn)器件性能的提升和成本的降低。RC-IGBT已經(jīng)成為感應(yīng)加熱應(yīng)用的首選。