緊湊的尺寸和不斷降低的系統成本是電力電子設計的開發者一直追求的目標。 現在，由於家用電器消耗的能量不斷增加，從事此類應用的工程師還有一個目標：保持高功率因數（PF）。 特別是空調，其額定功率為1.8kW或更大，是最耗電的設備之一。 在這裡，功率因數校正（PFC）是強制性的，對於PFC，設計者認為IGBT（絕緣柵雙極型電晶體）是具有最高性價比的開關器件。 在PFC系統中，較低的開關頻率增加了升壓電感器的尺寸。 因此，開發人員不能把它放在主電路板上。 在這種情況下，電感器的價格不可避免地會很高，而且系統的外形尺寸也受到限制，使得其他設計目標幾乎無法實現。 此外，在安裝或維護過程中可能發生短路（SC）事件，設計者傾向於選擇具有短路耐受能力的IGBT。 為了保證短路能力，器件的Vce（sat）和開關性能都會降低。 因此，通過提高開關頻率將PFC電感器集成到主板上的需求持續上升。 這樣做將最大限度地減少系統的外形尺寸和重量，降低電感器的成本，並能使用高性能的IGBT。 高開關頻率使電感量更小 有源PFC電路最常見的拓撲結構是一個boost升壓轉換器。 對於大家電的功率因數校正，採用的是連續導通模式（CCM），由於較低的有效值電流和較少的諧波使得傳導損耗比較低，這使得EMI濾波器的設計更容易。 當交流輸入的瞬時值等於Vout/2時，CCM PFC升壓轉換器中的電感紋波達到最大值。 然而，對於大功率CCM PFC來說，最小的交流輸入電壓Vac_min大約至少是180V，其峰值總是高於Vout/2。 連續導通模式功率因數校 結果顯示，在整個負載範圍內，IKW40N65WR5 IGBT的效率和熱性能都優於競爭對手的IGBT。 在IKW40N65WR5 IGBT和競爭對手的器件之間，最大溫度差距超過23°C，在最大負載下，效率差距約為0.3%。 此外，IKW40N65WR5 IGBT在約2kW及以上的情況下，顯示出比同等的CoolMOS™ P7 MOSFET更好的散熱和效率性能。 相比之下，同等的CoolMOS™ P7 MOSFET在中低負載範圍內的表現略好。
圖2. IKW40N65WR5 IGBT，CoolMOS™ P7 MOSFET以及競爭對手最佳性能的40A IGBT在 fsw=60kHz下的效率及熱性能測試結果 圖2所示的結果表明，CoolMOS™ P7 MOSFET將是輕載條件的理想選擇。 對於大型電器，如空調，滿載條件非常重要，考慮到成本和性能，TRENCHSTOP™ 5 WR5 IGBT顯然是最佳選擇。 通過使用TRENCHSTOP™ 5 WR5 IGBT和一個SiC二極體，可以將PFC級的開關頻率提高到60 kHz。 這大大降低了所需的電感量，節省了重量和空間，使PFC電感直接安裝在主板上成為可能。 此外，TRENCHSTOP™ 5 WR5 IGBT在高頻運行中表現出的效率和熱性能遠遠高於性能最好的競爭對手的器件。 與同等的CoolMOS™ P7 MOSFET相比，IKW40N65WR5 IGBT在2kW左右及以上的情況下具有更高的效率和溫度特性。 本文來自英飛凌全球博客，點擊文末“閱讀原文”，訪問博客以獲取更多內容。 參考閱讀 為什麼逆導型IGBT可以用於大功率CCM模式 PFC電路 PFC控制在變頻家電中的應用價值和發展趨勢 快速了解英飛凌HCC封裝的WR6逆導型IGBT |
