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。
谐振期间igbt两端的电压(vce)可以得出:
当输入电压vin低于输出电压的一半时(vin
如果不考虑阻尼因素,在过零点附近的反向电压的大小理论上可以达到与输出电压vout相同的量值。
这对系统的长期可靠性来说是非常危险的,因为它不能保证反向电压被施加到igbt上。
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。
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。
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。
英飞凌最新的rc igbt,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。
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。
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