为什么逆导型IGBT可以用于大功率CCM模式PFC电路

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对于功率因数校正(PFC),通常使用升压转换器Boost拓扑结构。它可以最大限度地减少输入电流的谐波。同时IGBT是大功率PFC应用的最佳选择,如空调、加热、通风和空调(HVAC)以及热泵。

理论上,在连续导通模式(CCM)下,通过IGBT反向续流永远不会发生。然而,在轻负载或瞬态条件下,由于升压电感Lboost和IGBT的输出电容Coss之间的共振,会有反向电流流过。

这个谐振电流,iQN(t)是由以下公式给出的。

CCM

谐振期间IGBT两端的电压(VCE)可以得出:

CCM

当输入电压Vin低于输出电压的一半时(Vin

CCM

Figure 1. PFC circuit with boost converter topology

比较用于PFC应用的不同IGBT解决方案

通过测试比较TRENCHSTOP™ 5 WR6 IGBT(IKWH30N65WR6)和TRENCHSTOP™ IGBT3(IGW30N60H3)在CCM-boost PFC电路中的工作波形,证明了这种现象。IKWH30N65WR6包含一个集成在IGBT芯片中的反向导电的二极管,而后者的IGBT不包含反向导电的二极管。图2显示,对于IKWH30N65WR6,反向电压被钳位到接近零。在使用IGW30N60H3的情况下,反向电压最高达到-241V。因此,即使在PFC的CCM模式中,反向导电二极管对于确保系统的可靠性也是至关重要的。

然而,在这种情况下,对于短时间软的反向恢复电流,我们不需要一个高性能的续流二极管。在图2中,你可以看到IGBT的反向电流的峰值只有大约200毫安,持续时间为几微秒。

CCM

Without reverse conducting diode

CCM

With reverse conducting diode

Figure 2. Switching waveforms of IGBTs at turn-off transition in CCM PFC at light load condition

一般来说,逆导型RC IGBT不适合于需要硬换流的应用。然而,RC IGBT对一些硬换向应用非常有利,如PFC,其中IGBT的反向续流二极管不需要有良好的反向恢复性能。在这种应用中,当高性能的二极管是多余的时候,它们提供了一个更经济的选择。

用于升压PFC和逆变焊接应用的TRENCHSTOP™ 5 WR6 IGBT

英飞凌最新的RC IGBT,如图3所示,是基于TRENCHSTOP™ 5 WR6 IGBT技术,其中N+区被部分植入P集电极层,形成一个内在的P-N二极管。这使得反向电流可以流动,而不需要额外的续流二极管。

CCM

Figure 3. TRENCHSTOPTM 5 WR6 IGBT using a reverse-conducting (RC) IGBT concept

这种TRENCHSTOP™ 5 WR6 IGBT非常适用于升压PFC和逆变焊接应用。根据目标应用优化漂移区的厚度和二极管的额定值,确保了额定电流下1.4V的最佳VCE(sat),同时保持650V的额定电压。此外,由于其极低的少数载流子寿命,不会出现拖尾电流,这使得TRENCHSTOP™ 5 WR6 IGBT能够实现60kHz甚至更高的开关频率。

当选择TRENCHSTOP™ 5 WR6 IGBT用于不发生硬换流的PFC应用时,不需要担心逆导型IGBT中的二极管性能问题。有了这项技术,就有可能为您的下一个设计创造经济而可靠的系统。
 

  审核编辑:汤梓红
 
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