用于感应加热应用的全保护Protected IGBT

原创 英飞凌工业半导体

1介绍

1.1 目标应用因为能够提供高能效和高精准度加热功率等诸多的好处，感应加热在当今非常流行；通常，电磁炉都采用软开关的准谐振拓扑来降低开关损耗和EMI；SEPR(单端并联谐振) 拓扑已经应用在2.2KW功率以下的单头炉很多年了，因为较低的系统成本，现在越来越多的多头炉也开始使用SEPR拓扑，如图1.1所示。SPER拓扑主要采用大于或等于1200V的IGBT；因为需要双向开关，主要采用新型逆导型RC-IGBT，通过控制IGBT的开通时间来调节输出功率。

图1.1：典型SEPR电磁炉的原理图SEPR感应加热主要的瓶颈是不可控的高谐振电压，所以必须采用高压器件；因为电网电压会被谐振放大，当集电极峰值电流时，IGBT会在主开关周期经历非常高的电压；根据谐振网络的设计和负载的特性阻抗，典型的集电极-发射极峰值电压可以达到1100V。

尽管在系统设计良好情况下，让IGBT在安全条件下运行，但仍有可能超过IGBT限值的情况（如图1.2的条件1，2，4和5），图1.2总结了IGBT在实际应用中可能的不同工作条件：工作条件1 由于谐振电容器的充电，在初始通电期间，集电极电流峰值非常高。对于设计良好的布局，峰值电流主要受IGBT跨导的限制。

2 由于过零电压开通条件的丢失，集电极的高开通电流峰值（当谐振电容未完全充电时，IGBT开启）。

3 正常运行条件，IGBT零电压开通，IGBT软开关关断。

4 关断集电极峰值电流高于IGBT安全工作区（SOA）允许的最大Ic。

5 集电极-发射极峰值电压（VCE）高于IGBT的击穿电压。

图1.2：SEPR拓扑的正常和极端工况：启动时集电极高电流尖峰（条件1）、非零电压开关开通（条件2）、正常运行（条件3）、关断超过IGBT最大脉冲集电极电流（条件4）、集电极－发射极电压超过IGBT的击穿电压（条件5）

条件1到3发生在