絕緣柵極雙極性晶體管(IGBT)是適用于高壓應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)高效型解決方案，如車載充電器、非車載充電器、DC-DC快速充電器、開關(guān)模式電源(SMPS)應(yīng)用。開關(guān)頻率范圍：直流至100 kHz。IGBT可以是單一器件，甚至是半橋器件，如為圖1所示設(shè)計(jì)選擇的。

本應(yīng)用筆記所述設(shè)計(jì)中的APTGT75A120 IGBT是快速溝槽器件，采用Microsemi Corporation®專有的視場光闌IGBT技術(shù)。該IGBT器件還具有低拖尾電流、高達(dá)20 kHz的開關(guān)頻率，以及由于對稱設(shè)計(jì)，具有低雜散電感的軟恢復(fù)并聯(lián)二極管。選定IGBT模塊的高集成度可在高頻率下提供最優(yōu)性能，并具有較低的結(jié)至外殼熱阻。

使用ADI公司的柵極驅(qū)動技術(shù)驅(qū)動IGBT。ADuM4135柵極驅(qū)動器是一款單通道器件，在>25 V的工作電壓下（VDD至VSS），典型驅(qū)動能力為7 A源電流和灌電流。該器件具有最小100 kV/μs的共模瞬變抗擾度(CMTI)。ADuM4135可以提供高達(dá)30 V的正向電源，因此，±15 V電源足以滿足此應(yīng)用。

圖1.ADuM4135柵極驅(qū)動器模塊

測試設(shè)置

電氣設(shè)置

系統(tǒng)測試電路的電氣設(shè)置如圖2所示。直流電壓施加于半橋兩端的輸入，900 μF (C1)的解耦電容添加到輸入級。輸出級為200 μH (L1)和50 μF (C2)的電感電容(LC)濾波器級，對輸出進(jìn)行濾波，傳送到2 Ω至30 Ω的負(fù)載(R1)。表1詳述了測試設(shè)置功率器件。U1是用于HV+和HV?的直流電源，T1和T2是單個IGBT模塊。

完整電氣設(shè)置如圖3所示，表2詳細(xì)列出了測試中使用的設(shè)備。

圖2.系統(tǒng)測試電路的電氣設(shè)置

表1.測試設(shè)置功率器件

表2.完整設(shè)置設(shè)備

圖3.柵極驅(qū)動器配電板測試的連接圖

測試結(jié)果

無負(fù)載測試

在無負(fù)載測試設(shè)置中，在模塊輸出端汲取低輸出電流。在此應(yīng)用中，使用一個30 Ω的電阻。

表3顯示無負(fù)載的電氣測試設(shè)置的重要元件，且負(fù)載內(nèi)的電流低。表4顯示在模塊上觀察到的溫度。表3和表4總結(jié)了所觀察到的結(jié)果。圖5至圖10顯示各種電壓和開關(guān)頻率上的開關(guān)波形的測試結(jié)果。

如表3中所示，測試1和測試2在600 V電壓下執(zhí)行。測試1在10 kHz開關(guān)頻率下執(zhí)行，測試2在20 kHz開關(guān)頻率下執(zhí)行。測試3在900 V電壓下執(zhí)行，開關(guān)頻率為10 kHz。

圖4顯示無負(fù)載測試的電氣設(shè)置。

圖4.無負(fù)載測試的電氣設(shè)置

表3.無負(fù)載測試，對應(yīng)插圖

1 VDC是HV+和HV?電壓。

2 IIN表示通過U1的輸入電流。

表4.無負(fù)載測試，溫度總結(jié)1

1 所有溫度都通過熱攝像頭記錄。

2 從變壓器測得。

開關(guān)IGBT的性能圖

此部分測試結(jié)果顯示不同目標(biāo)電壓下的開關(guān)波形，其中fSW = 10 kHz和20 kHz。VDS是漏極-源極電壓，VGS是柵極-源極電壓。

負(fù)載測試

測試配置類似于圖2所示的測試設(shè)置。表5總結(jié)了觀察到的結(jié)果，圖11至圖16顯示各種電壓、頻率和負(fù)載下的測試性能和結(jié)果。

測試4在200 V、10 kHz開關(guān)頻率下執(zhí)行，占空比為25%。測試5在600 V、10 kHz開關(guān)頻率下執(zhí)行，占空比為25%。測試6在900 V、10 kHz開關(guān)頻率下執(zhí)行，占空比為25%。

表5.負(fù)載測試

1 IOUT是負(fù)載電阻R1中的輸出電流。

2 VOUT是R1兩端的輸出電壓。

3 POUT是輸出功率(IOUT × VOUT)。

開關(guān)IGBT的性能圖和無負(fù)載測試

此部分測試結(jié)果顯示fSW = 10 kHz和20 kHz的不同目標(biāo)電壓下的開關(guān)波形。