采用IGBT優(yōu)化軟開關(guān)應用中的損耗

_采用IGBT優(yōu)化軟開關(guān)應用中的損耗中心議題：? IGBT種的TrenchStop和RC-IGBT技術(shù)感謝閱讀? RC2-IGBT的技術(shù)優(yōu)勢對比? 降低飽和壓降造成的損耗對比IGBT技術(shù)進步主要體現(xiàn)在兩個方面：通過采用和改進溝槽柵來優(yōu)化垂直方向載流精品文檔放心下載子濃度，以及利用“場終止”概念(也有稱為“軟穿通”或“輕穿通”)降低晶圓n感謝閱讀襯底的厚度。此外，帶有單片二極管的IGBT概念也經(jīng)常被探討。首先投產(chǎn)的逆導型IGBT是針謝謝閱讀對電子鎮(zhèn)流器應用進行優(yōu)化的，被稱之為“LightMOS”。本文介紹了集成續(xù)流二謝謝閱讀極管(FWD)的1200VRC-IGBT，并將探討面向軟開關(guān)應用的1,200V逆導型IGBT感謝閱讀所取得的重大技術(shù)進步。TrenchStop和RC-IGBT技術(shù)_在采用的TrenchStop技術(shù)中，溝槽柵結(jié)合了場終止概念(見圖1中的IGBT)。由感謝閱讀于發(fā)射極(陰極)附近的載流子濃度提高，溝槽柵可使得導通損耗降低。場終止概念精品文檔放心下載是NPT概念的進一步發(fā)展，包含一個額外的植入晶圓背面的n摻雜層。精品文檔放心下載將場終止層與高電阻率的晶圓襯底結(jié)合起來，能使器件的厚度減少大約三分之一，感謝閱讀同時保持相同的阻斷電壓。隨著晶圓厚度的降低，導通損耗和關(guān)斷損耗也可進一步感謝閱讀降低。場終止層摻雜度低，因此不會影響背面植入的低摻雜p發(fā)射極。為了實現(xiàn)謝謝閱讀RC-IGBT，二極管的部分n摻雜背面陰極(圖1)將與IGBT集電極下面的p發(fā)射極感謝閱讀結(jié)合起來。RC-IGBT的溝槽柵概念所基于的技術(shù)與傳統(tǒng)的TrenchStop-IGBT(見圖2)相同，謝謝閱讀但針對軟開關(guān)應用所需的超低飽和壓降Vce(sat)進行了優(yōu)化，比如電磁爐或微波爐謝謝閱讀應用。數(shù)以萬計的溝槽柵通過金屬(鋁)相連，該金屬鋁層同時也是連線區(qū)。柵極和謝謝閱讀發(fā)射極之間的區(qū)域和端子被嵌入絕緣亞胺薄膜里。最新的投產(chǎn)型RC2-IGBT，其溝精品文檔放心下載槽柵極更小，與標準TrenchStop-IGBT相比要多出150%的溝槽柵單元。圖3為精品文檔放心下載基于TrenchStop技術(shù)的最新一代RC2-IGBT的溝槽柵截面圖。謝謝閱讀超薄晶圓技術(shù)_由于導通電壓和關(guān)斷損耗在很大程度上取決于晶圓的厚度，因此需要做更薄的謝謝閱讀IGBT。圖4顯示了英飛凌600/1,200VIGBT和EMCON二極管的晶圓厚度趨勢。精品文檔放心下載對于新型1,200VRC-IGBT而言，120um厚度晶圓將是標準工藝。這需要進行復謝謝閱讀雜的晶圓處理，包括用于正面和背面的特殊處理設(shè)備。將晶圓變薄可通過晶圓打磨精品文檔放心下載和濕式化學蝕刻工藝實現(xiàn)。新型RC2-IGBT的優(yōu)勢來自英飛凌的新型RC2-IGBT系列產(chǎn)品是以成熟的TrenchStop技術(shù)為基礎(chǔ)的，具精品文檔放心下載有超低飽和壓降。此外，IGBT還集成了一個功能強大且正向電壓超低的二極管。感謝閱讀新型RC2-IGBT的優(yōu)勢是針對軟開關(guān)應用(比如微波爐、電磁爐和感應加熱型電飯感謝閱讀煲)進行優(yōu)化的定制解決方案。與以前的器件相比，RC2-IGBT可提升性能，降低精品文檔放心下載飽和壓降損耗。這可導致非常低的總體損耗，因此所需的散熱器更小。另外一個優(yōu)謝謝閱讀勢是最大結(jié)溫被提高到TvJ(max)=175℃，比普通IGBT芯片提高了25℃。這種結(jié)謝謝閱讀溫已通過TO-247無鉛封裝的應用驗證。_圖1：應用TrenchStop技術(shù)的RC-IGBT謝謝閱讀圖2：RC-IGBT芯片(IHW20N120R)前視圖精品文檔放心下載_圖3：基于TrenchStop技術(shù)的最新一代RC2-IGBT的溝槽柵截面圖(溝槽柵里感謝閱讀的洞是為分析準備)_4：IGBT和二極管晶圓厚度變化典型飽和壓降Vce(sat)=1.6V@25℃/1.85V@175℃和典型正向電壓感謝閱讀Vf=1.25V@175℃(額定電流)的條件下，功率損(特別是軟開關(guān)應用的導通損耗)可感謝閱讀大幅度降低。由IHW20N120R2的下降時間的切線可看出高速度—謝謝閱讀tf=24ns@25℃和Rg=30Ω(44ns@175℃)。IHW30120R2在下降時間方面是最謝謝閱讀為出色的：tf=33ns@25℃，Rg=30Ω；tf=40ns@175℃。(在硬開關(guān)條件下測量，精品文檔放心下載參見帶有Eoff曲線的圖6和圖7)。5：來自英飛凌科技的最新一代RC2-IGBT(IHWxxN120R2，xx=15A、20A、感謝閱讀25A和30A)。采用無鉛電鍍TO-247封裝精品文檔放心下載_圖6：在硬開關(guān)條件下， 175℃結(jié)溫以及室溫下 IHW20N120R2(IN=20A，精品文檔放心下載Vces=1,200V)和IHW30N120R2(IN=30A)的下降時間切線謝謝閱讀_7：在硬開關(guān)條件下，175℃結(jié)溫以及室溫下RC2-IGBT的Eoff曲線精品文檔放心下載6顯示如果柵極電阻低于30(，下降時間再度上升。這對于實現(xiàn)良好的EMI行謝謝閱讀為非常重要。所有市場上相關(guān)應用設(shè)計目前使用的柵極電阻都在10~20Ω之間。這個柵極電阻選用區(qū)域也是最低開關(guān)損耗區(qū)(見圖7)。它具有最低的開關(guān)損耗和合適的EMI表現(xiàn)。感謝閱讀_圖8：室溫和不同電流條件下IHW20N120R2的飽和壓降與Vf的關(guān)系感謝閱讀圖7和圖8顯示了最新一代RC2-IGBT(IHW20N120R2)的超低飽和壓降Vce(sat)感謝閱讀和正向電壓Vf。圖8顯示了1,000片該器件在室溫和不同電流條件下的最低和最感謝閱讀高飽和壓降的曲線圖，圖9顯示了它們在不同溫度和20A額定電流條件下的飽和感謝閱讀壓降曲線圖。_圖9：20A標稱電流和不同溫度下IHW20N120R2的飽和壓降與Vf的關(guān)系精品文檔放心下載電壓諧振電路里的RC-IGBT圖10顯示了用于軟開關(guān)應用的典型電壓諧振電路。圖10：用于軟開關(guān)應用的電壓諧振電路圖_對于190V~240V交流輸入電壓而言，RC-IGBT具有低飽和壓降和正向電壓：感謝閱讀1.對于1.8kW的應用：IHW15N120R2(Vce=1,200V,Ic=15A@Tc=100℃)；謝謝閱讀2.對于2.0kW的應用：IHW20N120R2(Vce=1,200V,Ic=20A@Tc=100℃)；精品文檔放心下載3.對于2.2kW的應用：IHW25N120R2(Vce=1,200V,Ic=25A@Tc=100℃)；感謝閱讀4.對于2.4kW的應用：IHW30N120R2(Vce=1,200V,Ic=30A@Tc=100℃)。謝謝閱讀為了測量IGBT的集電極電流Ice，應在發(fā)射極和地之間使用超低阻值的取樣電阻感謝閱讀器。圖11為Vce和Ic的波形(搪瓷燒鍋負載)。工作頻率為29.1kHz，LC電路在精品文檔放心下載諧振范圍之外(電磁爐的