分立式 IGBT因其固有效率而成為現(xiàn)代逆變器電磁烹飪產品的首選電源開關。隨著能源成本不斷上升，消費者對更小烹飪解決方案的需求不斷增加，IGBT 技術必須不斷發(fā)展以滿足這些需求。
　　在本文中，英飛凌科技描述了該領域面臨的挑戰(zhàn)，并介紹了一種滿足這一苛刻市場技術和價格挑戰(zhàn)的新技術。
　　感應加熱的基本原理由邁克爾·法拉第于 1831 年發(fā)現(xiàn)，并由海因里?！惔倪M一步發(fā)展。他們在進行磁力和 EMF 實驗時發(fā)現(xiàn)，在磁場切換過程中，鐵芯會產生熱量。
　　基于這一基本原理，電磁爐使用磁場直接加熱炊具，進而加熱食物。這種烹飪方式越來越受歡迎，因為它比燃氣灶更節(jié)能，因為只加熱炊具。它也快速且高度可控，因為只需改變磁場強度即可改變熱量水平。
　　同樣的電磁技術現(xiàn)在也用于電飯煲，與標準加熱元件相比，電磁技術可以更好地傳熱，并能實現(xiàn)瞬時且精確的溫度變化。電磁烹飪的一個主要優(yōu)點是烹飪表面完全密封，因此更容易清潔，使烹飪過程比其他方法更衛(wèi)生。
　　隨著電磁爐越來越受歡迎，消費者的期望也隨之增加，這給設計師帶來了更大的挑戰(zhàn)。效率是許多消費者關注的關鍵問題，這是由于全球能源成本不斷上漲以及法規(guī)越來越嚴格所致。設計師還必須考慮安全性和可靠性，確保產品不會出現(xiàn)故障，導致消費者無法烹飪，并損害供應商的聲譽。
　　為了使其產品組合與眾不同，許多制造商都提供高級功能，例如啟用 Wi-Fi 控制。雖然消費者會評估這些附加功能，但價值和價格已成為選擇電磁爐烹飪設備的重要標準。
　　電磁爐的核心是絕緣柵雙極晶體管(IGBT)，它控制著關鍵的電源開關功能。因此，IGBT 是最終產品的效率、尺寸、可靠性和成本的關鍵因素。
　　顯然，選擇最佳 IGBT 解決方案對于電磁爐設計師來說至關重要。在大多數(shù)情況下，設計師會關注關鍵參數(shù)，例如最大集電極電流 (IC) 和最大集電極-發(fā)射極電壓 (VCE)，以確保 IGBT 能夠控制所需的功率（對于烹飪應用，通常高達 2100 W）以及對設備運行效率至關重要的 VCEsat 和 Eoff。
　　選擇最佳的電路拓撲也很重要，因為設計需要簡單、可靠和節(jié)能。電磁爐中最常用的拓撲之一是單端并聯(lián)諧振逆變器 (SEPR)，盡管其功率水平相對有限?！　手C振單開關逆變器通常用于電磁烹飪應用

　　圖 1：準諧振單開關逆變器通常用于電磁爐烹飪應用
　　該拓撲主要由并聯(lián)電感器和電容器諧振回路網絡以及組合的 IGBT 和二極管和小電容器組成，可改善EMI 性能，并與二極管一起為電感器的諧振電流提供路徑。逆變器通常由經過整流但不經過明顯濾波的電源線電壓供電，從而實現(xiàn)接近單位功率因數(shù)校正。
　　典型工作頻率在 20 至 60 kHz 范圍內，因此完全避開了可聽范圍。開關頻率受到控制，軟啟動在較高頻率下運行，最大功率在較低頻率下傳輸。一般而言，感應烹飪應用的需求比電機驅動器更簡單，因為不需要硬開關能力、高短路額定值或特殊封裝類型。
　　軟開關拓撲通過使用零電壓開關 (ZVS) 或零電流開關 (ZCS) 操作模式，顯著降低 IGBT 的開關損耗。在硬開關應用中，IGBT 開關兩端的電壓降可能導致相當大的功率損耗。然而，在軟開關應用中，這些損耗幾乎可以忽略不計，從而提高了系統(tǒng)的整體效率。
　　RC-E 系列
　　最新上市的反向傳導 IGBT 器件之一是領先功率半導體器件制造商英飛凌科技股份公司推出的 RC-E 系列。RC-E 系列基于與世界領先的分立 IGBT 系列 (RC-H) 相同的專用技術，針對包括低/中檔電磁爐在內的諧振應用進行了成本和功能優(yōu)化。
　　英飛凌目前提供 RC-E 系列的兩款器件，即 15 A、1200 V IHW15N120E1 和 25 A、1200 V IHW25N120E1。與英飛凌的其他反向傳導 IGBT類似，RC-E 在 IGBT 本身內集成了一個單片集成反向傳導續(xù)流二極管，因此在軟開關應用中無需單獨的二極管（通常與 IGBT 一起封裝），這使得 RC-E 系列非常易于使用。　　RC-E 反向導通 IGBT 包含一個集成續(xù)流二極管

　　圖 2：RC-E 反向導通 IGBT 包含一個集成續(xù)流二極管
　　RC-E 將場截止層與溝槽柵極結構相結合，飽和電壓大大提高，關斷時消耗的能量非常少。與早期的NPT 技術相比，更薄的基板提高了傳導和開關性能?。與共封裝二極管解決方案相比，RC-E 提供了更高的功率密度，而且由于二極管和 IGBT 使用相同的芯片面積，二極管的額定電流為滿標稱電流?！　C-E 具有較低的 Eoff、VF、Rth 和 Vce(sat)，針對低開關和傳導損耗進行了優(yōu)化，因此在寬功率范圍內提供與市場領先者 RC-H3 非常相似的性能。該設備支持最常見的阻斷電壓 (1200 V)，并針對 18 至 40 kHz 范圍內的開關頻率進行了優(yōu)化。

　　RC-E 系列提供市場領先的性能
　　圖 3：RC-E 系列提供市場領先的性能
　　RC-E 系列的功率損耗處于市場領先地位，如上所示，遠優(yōu)于競爭設備。這種較低的損耗水平使設計人員能夠輕松實現(xiàn)電磁爐應用的關鍵目標。
　　損耗越低，烹飪時消耗的能量就越少，從而降低了消費者的運營成本。由于廢熱越少，RC-E 運行時溫度越低，可靠性越高。由于給定功率水平所需的冷卻越少，最終產品的尺寸會立即變小，因為散熱器的尺寸會減小，因此成本也會降低。此外，這有助于提高 IGBT 的效率和使用壽命。
　　由于RC-E系列采用業(yè)界標準的TO-247封裝，更換或升級現(xiàn)有設計非常簡單，使設計人員能夠以最小的努力和設計風險改進現(xiàn)有產品的規(guī)格和成本。
　　電磁爐用分立式 IGBT 的完整系列包括多個系列。RC-H5 是高頻范圍 (>30 kHz) 的理想選擇，損耗最低，效率最高。
　　雖然許多電磁爐應用不需要驅動器 IC，但當需要驅動器時，RC-E 與 IRS44273L 是最佳搭配。低壓非反相柵極驅動器具有電流緩沖級，支持 MOSFET 和 IGBT。單片結構采用防閂鎖 CMOS 技術，驅動器輸入與 CMOS 或 LSTTL 邏輯電平兼容。
　　E1 (RC-E) 在所有設備中性價比最高。15 A 版本非常適合功率不超過 1800 W 的低功率設計。當價格和性能是最終產品的關鍵因素時，RC-E 是理想之選。