安世半导体650 V G3 IGBT在家电中的使用优势
在当时快速开展的。消费电子。商场中，IGBT。（绝缘栅双极。晶体管。）作为一种中心。电子元器材。，凭仗其杰出的开关功用、低导通损耗和杰出的热办理才能，成为现代家电技能的重要组成部分。面临家电职业对功用与牢靠性要求的日益增长以及用户对能效的高度注重，安世。半导体。的 650 V G3 IGBT 以其优胜的开关功用、热功用和严厉的牢靠性规范锋芒毕露，为开发高效、牢靠的家电设备供应了新挑选，展现出广泛的运用潜力。本文将家电运用。拆解。为三个子运用，从。电机。拖动、。PFC。（。功率因数。校对）电路、感应加热下手，别离评论安世半导体 650 V G3 渠道的 IGBT 的运用优势。
1. 电机拖动。
1.1 电机拖动在家电中的运用介绍。
电机拖动技能在家电运用中发挥着至关重要的效果，经过准确操控电机，完结高效、。智能。和节能的运转。它不只担任驱动设备，还触及能量的高效转化，进步了全体功用。
在家电中，电动机将电能转化为。机械。能，以完结各种功用。例如，洗衣机中的 Motor Drive 调理电机的转速和扭矩，以习惯不同的洗刷方式，然后进步洗净效果和下降噪音。凭仗高效的能量转化机制，洗衣机能够更快速地完结洗刷使命，一起削减水和电的耗费。在空调中，变频电机经过智能调理压缩机的转速，依据室内温度改变优化制冷和制热进程。而在吸尘器中，电机完结了吸力的准确调理，使得清洁进程既高效又安静。
此外，电机拖动体系能够进一步进步能量运用功率。例如，在某些电器中，制动时发生的机械能能够被收回转化为电能，供应其他设备运用。
经过这些运用，电机拖动不只进步了家电的功用和运用体会，还促进了节能减排的方针，使现代家居生活愈加快捷、环保与智能。
图 1：Motor in home appliance。
在含有电机拖动的家电运用中，最遍及的拓扑方式是三相全桥拓扑。三相全桥拓扑是一种常用于三相沟通电机（如异步电机、永磁同步电机等）驱动的电路装备。它由六个开关器材（一般是。 MOSFET。或 IGBT）组成，别离对应三相电机的三个绕组。三相全桥拓扑的根本。作业原理。是经过操控每一相的开关状况来完结对电机的滚动方向和转速的操控。具体来说：
▸每相电机绕组都连接到两个开关器材，构成必定的电路。
▸经过替换导通不同的开关，能够发生在电机绕组之间的旋转磁场，然后驱动电机旋转。
▸。操控体系。经过 PWM。 信号。操控开关器材的开关状况，然后调理电机的速度和转矩。
图 2：Motor drive application diag。ram。
在工业及家电运用中，三相全桥的开关管的开关频率一般较低（。<20kHz）。在这种情况下，开关管的导通损耗通常占据总损耗的主导部分。由图 3 可以看出，在给定条件下的电机拖动应用中，IGBT 器件的损耗占比中最高的是导通损耗，占比 71.6%。使用低导通损耗的 IGBT 可以最大幅度提升系统效率和降低结温，这对节能减排以及产品可靠性方面皆有好处。
图 3：运用于电机拖动中的 IGBT 器材损耗占比。
1.2 安世半导体 650 V G3 IGBT 在电机拖动中的运用功用。
安世半导体的 650 V G3 M 系列中速 IGBT 管具有较低的导通损耗以及优化的关断损耗，十分合适较低开关频率（。<20 kHz）的场合，例如电机拖动。同时 175 度的工作结温以及较小的热阻保证了工作时的结温余量。严苛的可靠性标准例如 HV- H3TRB 保证了器件在极端情况下的可靠运行。
较低的 Vcesat 与 Vf。
以 NGW50T65M3DFP 中速管为例，远低于竞品的 Vcesat 以及 Vf 将助力下降电机拖动运用中的损耗，然后保证更高的体系功率及更低的作业结温，助力节能减排以及产品牢靠性。
表 1：650 V G3 IGBT 单管产品系列 TO247-3L 封装。
表 2：650 V G3 IGBT 单管产品系列 D2PAK&TO220FP 封装。
图 4：Vcesat——NGW50T65M3DFP v.s. 竞品。
图 5：Vf——NGW50T65M3DFP v.s. 竞品。
高功率与低温升。
在 400 V 电机拖动体系测验中，NGW40T65M3DFP 中速管被用于与竞品比照在电机拖动运用中的功用状况。在图 6 中能够观测到在不同输出。电流。状况下，NGW40T65M3DFP 在不同相上都有更优的热体现。在图 7 的体系功率 MAP 图中能够看到，NGW40T65M3DFP 比较于竞品，在不同转速和扭矩下具有更大面积的高功率区域。
图 6：电机体系中三相 IGBT 的壳温体现。
图 7：电机体系功率 MAP 图。
图 8：PFC 电路在功率回路的方位。
2. PFC。
2.1 PFC 在家电中的运用介绍。
PFC（功率因数校对）电路在现代家电中起着至关重要的效果，尤其是在。电源。规划方面。跟着对能效和环保要求的进步，家电产品越来越注重功率因数的优化，以削减电力损耗和进步电能运用功率。
功率因数是表征。电气。设备能效的一个重要目标，表明有功功率（实践被用来做功的电力）与视在功率（供电体系的总电力）之间的份额。功率因数的进步能够下降电力损耗，进步电源的运用功率，并削减对电网的担负。
PFC 电路有不同的拓扑完结方式，例如单相 CCM boost PFC、2 通道或 3 通道交织 CCM PFC、图腾柱 PFC、交织图腾柱 PFC 等，这些拓扑结构有其适用的功率规模。以家用空调为例，5 kW 以下功率的家用空调中，单相 CCM boost PFC 和 2 通道的交织 CCM PFC 比较遍及，开关频率一般在 30 kHz 以上，引荐运用安世半导体 H 系列 650V IGBT。
2.2 安世半导体 650 V G3 IGBT 在 PFC 中的运用功用。
为进一步评价 650 V G3 H 系列 IGBT 在 PFC 中的功用体现，以 NGW40T65H3DHP 为例在 5 kW 交织 PFC 板上与竞品进行了比照测验。图 9 为交织 PFC 的拓扑电路。表 3 和表 4 别离显现了测验中的竞品信息以及测验条件。其间 C 竞品为中速 IGBT 管，作为对照组。E 竞品为逆导 IGBT。
图 9：交织 PFC 拓扑。
较低的电压过冲。
当 IGBT 关断时，因为功率回路杂感的存在，会在功率开关两头构成瞬时的电压过冲。越低的电压过冲会有更大的电压安全裕量，然后减小体系的故障率，进步了稳定性。在 400 V 体系中，假如以 85% 的阻断电压（这儿阻断电压是 650 V）界说为安全裕量鸿沟，那么 NGW40T65H3DHP 的电压过冲远在这之下，且仅略高于竞品 C 的中速管。
图 10：Vpeak - Vin 25℃ Full Lo。ad。
优异的 EMI 功用。
在现代。电力电子。运用中，尤其是在电机驱动、。变频器。、。开关电源。和家电设备中，功率器材（如 IGBT 和 MOSFET）的快速开关才能是完结高效能和优化功用的要害。但是，快速开关也带来了电磁搅扰（EMI）的问题，需要在规划和运用中加以注重。安世半导体 650 V G3 IGBT 具有优异的 EMI 功用，为规划者直接替换开关管而无需从头进行 EMI 规划供应或许。图 11 显现了 NGW40T65H3DHP 与其他竞品比较的 dV/dt（电压改变率）体现。越低的 dV/dt 代表更优的 EMI 功用。能够看出 NGW40T65H3DHP 具有最优的 EMI 功用，其 dV/dt 乃至略低于 C 竞品的中速管。
图 11：dV/dt 比照full loadTamb=55℃。
均衡的体系功率。
图 12 显现了 NGW40T65H3DHP 与其他竞品在 55℃环境温度下的体系功率比照。因为统筹了电压过冲和 EMI 功用，其在体系功率上的体现稍微均衡。D 竞品与 E 竞品有着最高的体系功率，但一起也有较高的电压过冲和较差劲的 EMI 功用。
图 12：Efficiency - Vin Tamb=55℃ Full load。
优异的热功用。
为了更为公平地比照结温体现，运用 PLECS 软件复现了测验电路及测验条件。并对功率器材树立热模型。热模型包含开关损耗数据，导通损耗数据及热阻网络数据。其间，开关损耗数据由实践测验中的波形核算而得。导通损耗和热阻网络数据源自规格书。图 13 所示为得到开关损耗数据表格的进程。图 14 所示为相关。仿真。波形。
图 13：制作开关损耗数据表格。
图 14：PLECS PFC 仿真波形。
在实践测验中体系功率较高的 E 竞品（也是客户常用的类型） 被选为与 NGW40T65H3DHP 进行损耗及结温比照，成果如表 5 所示。能够看到竞品 E 比较 NGW40T65H3DHP 在损耗方面略有优势。但在均匀结温方面，NGW40T65H3DHP 有着 9.8℃ 的优势，在最高结温方面，有着 18.5℃的优势。这标志着更低的静态热阻以及更优异的动态热呼应。
表 5：竞品 E 与 NGW40T65H3DHP 在 PLECS PFC 仿真中的损耗及结温比照Tamb=25℃。
3. 感应加热。
3.1 感应加热在家电中的运用。
感应加热是一种根据。电磁感应。原理的加热技能，它经过在导体中发生涡流来完结快速加热。近年来，感应加热技能逐步在家电范畴得到了广泛运用，特别是在厨房电器中，例如电磁炉、电饭煲、部分烤箱等。
感应加热的根本原理是运用交变磁场对导电资料（如金属）发生的进步温度的涡流效应。当高频电流经过感应线圈时，会在其周围发生交变磁场。假如将具有电导率的资料放置在磁场中，会在资料内部发生涡流，然后发生热量。感应线圈一般在拓扑中以谐振电感的方式存在，如图 15 所示为半桥型感应加热的拓扑图，感应线圈与两个谐振。电容。一起组成了谐振电路，两个开关管组成半桥驱动谐振电路。经过调整开关管的开关频率能够调全体系的输出功率。
图 15：半桥感应加热拓扑。
3.2 安世半导体 650 V G3 IGBT 在感应加热中的运用功用较低的关断损耗。
用 PLECS 建立一个半桥感应加热的仿真电路，并为其设置了一些仿真参数（来自客户），如表 4。
表 4：PLECS Induc。ti。on heating 仿真条件。
咱们能够得到图 16 的 IGBT 以及反并联。二极管。的开关波形。能够观察到，在感应加热运用中，IGBT 的电流在过零点时处于导通状况，所以注册损耗为零，只存在导通损耗和关断损耗。这为安世半导体 650 V G3 IGBT 的运用发明了优势，因为其关断损耗经过优化后能够维持在较低的水平。如图 17 所示，在175℃的结温条件下，NGW50T65H3DFP 的关断损耗远低于竞品 Comp.1~Comp.3。
图 16：PLECS Induction heating 波形。
图 17：双脉冲测验 Eoff - Rg 50A175℃。
较低的损耗及结温。
如图 18 所示为 NGW50T65H3DFP、Comp.1 与 Comp.3 在该仿真中所得出的不同开关频率下的损耗（Comp2. 未供应热阻曲线数据故未归入仿真）。能够看出，尽管 NGW50T65H3DFP 这颗高速管在导通损耗方面与竞品略有距离，但因为其优异的开关损耗，总损耗依然为最低水平。而且因为其较低的热阻，仿真结温也为最低，如图 19 所示。
图 18：PLECS Induction heating, Powerloss - Fsw Ta=50℃。
图19：PLECS Induction heating, Tj - FswTa=50℃。
小结。
综上所述，安世半导体的 650 V G3 IGBT 在家电运用中的优胜功用明显进步了设备的功率和牢靠性。在电机拖动、PFC（功率因数校对）电路和感应加热等三大首要范畴，650 V G3 IGBT 展现了其在下降损耗、优化热办理和改进电磁搅扰（EMI）方面的杰出优势。经过合理规划和高功用集成，这款 IGBT 不只进步了体系的全体功率，还保证了运转的稳定性和耐用性。其严厉的牢靠性规范也为在各种作业条件下的牢靠运转供应了保证，将其定位为家电职业中现有规划的优异代替计划及新规划的抱负挑选。凭仗这些特性，安世半导体的 650 V G3 IGBT 为顾客的家电产品赋能，推动了智能、节能和环保的现代家居生活，展现了其在未来商场中的宽广远景。
作者简介。
高天维。
高天维在 2023 年参加。 Nexperia。，担任 IGBT 产品线运用。工程师。，担任 IGBT 单管及模块产品界说及运用规划等作业，专心于功率器材功用评价与工业产品运用。
Nexperia (安世半导体)。
Nexperia（安世半导体）总部坐落荷兰，是一家在欧洲具有丰厚悠长开展前史的全球性半导体公司，现在在欧洲、亚洲和美国共有12,500多名职工。作为基础半导体器材开发和出产的领跑者，Nexperia（安世半导体）的器材被广泛运用于轿车、工业、移动和消费等多个运用范畴，简直为世界上一切电子规划的根本功用供应支撑。
Nexperia（安世半导体）为全球客户供应服务，每年的产品出货量超越1,000亿件。这些产品在功率（如工艺、尺度、功率及功用）方面成为职业基准，取得广泛认可。Nexperia（安世半导体）具有丰厚的IP产品组合和继续扩大的产品规模，并取得了IATF 16949、ISO 9001、ISO 14001和ISO 45001规范。认证。，充分体现了公司关于立异、高效、可继续开展和满意职业苛刻要求的坚决许诺。