第2代FS SA T IGBT可显着减少单端谐振逆变器总损耗

高压IGBT的性能显著提高。现今最常用的IGBT技术是场截止IGBT(FS IGBT)技术，它结合了PT(穿通)和NPT(非穿通)IGBT结构的优点，同时克服了两者的缺点。FS IGBT在导通状态时提供较低的饱和压降VCE(sat)，在关断时刻提供较低的开关损失。但由于传统的IGBT不含有固有体二极管，所以大多数开关应用通常将其与额外FRD封装在一起。本文将介绍飞兆半导体的第2代1400V场截止Shorted Anode沟道(FS-SA T)IGBT(具有不同于一般IGBT的固有体二极管)在感应加热(IH)系统中的应用，并注重介绍它在单端(SE)谐振逆变器中的效率等特性。

场截止Shorted Anode沟道IGBT

虽然NPT(非穿通)IGBT通过在关闭转换期间减少少数载流子喷射量并提高复合率提高了关闭速度，但由于VCE(sat)较高而不适合某些高功率应用，因为n-漂移层必须轻掺杂，结果在关闭状态期间需要较厚的漂移层以维持电场，如图1(a)所示。n-漂移层的厚度是IGBT中饱和压降的主要因素。

图1：NPT IGBT(左)和场截止IGBT(右)。

通过在n-漂移层和p+集电极之间插入n掺杂场截止层，如图1(b)中所示，可减小n-漂移层的厚度。这是场截止概念，应用场截止概念的IGBT称为场截止IGBT(FS IGBT)。在FS IGBT中，场截止层内的电场急剧减小，而在n-漂移层中会逐渐减小。因此，漂移层的厚度和饱和压降可显著降低。沟道栅结构也改善了饱和压降。此外，FS IGBT的场截止层在关断瞬间期间加快了多数载流子复合，因此其尾电流远远小于NPT或PT IGBT。这降低了开关损耗。

然而，传统FS IGBT由于p-、n-、n、p+结构而不包括类似PT和NPT IGBT的固有体二极管。因此对于大多数应用，应将它与其他FRD封装在一起。但最近兴起一个新的理念，即像MOSFET一样将体二极管嵌入到IGBT中。这称为Shorted Anode IGBT(SA IGBT)。图2显示了将Shorted Anode理念移植到场截止沟道IGBT的概念。Shorted Anode场截止沟道IGBT(FS SA T IGBT)的主要理念是将n+集电极间歇地插入到p+集电极层。在这种情况下，n+集电极直接接触场截止层并用作PN二极管的阴极，而p+集电极层用作FS T IGBT的通用集电极。

图2：场截止Shorted Anode沟道IGBT。

飞兆半导体最近开发出第2代FS SA T IGBT。采用非常先进的场截止技术，确保了1400V(BVCES)的击穿电压，而前一版本仅有1200V的BVCES，最高竞争产品仅有1350V的BVCES。新设备相比第1代设备，开关性能大幅改善，同时具有较高的VCE(sat)。此外，新设备具有较小的芯片尺寸，因此成本效益更高–新设备的芯片尺寸是以前的77%，是最佳竞争产品的86%。

表1中比较了关键参数。

表1：关键参数比较。

实验结果

单端(SE)谐振逆变器是E类谐振逆变器，由于较低的成本结构和相对较高的效率而得到不断普及，尤其是在IH炉具和电饭锅应用中。SE谐振逆变器也是Shorted Anode IGBT概念非常适合的应用，因为反并联二极管的性能无关紧要，肃然它必须达到ZVS导通。为验证新1400V FS SA T IGBT在SE谐振逆变器中的有效性，用IH炉具中的1.8KW SE谐振逆变器进行了一个实验。