電源工程師們多少都能了解分立式IGBT和MOSFET廣泛應(yīng)用于功率范圍在1.5kW至6kW的手動(dòng)金屬電弧焊(MMA)和鎢極惰性氣體保護(hù)焊(TIG)。這些焊機(jī)主要采用電流模式PWM控制和簡(jiǎn)單的技術(shù)，例如雙管正激(TTF)、半橋(HB)式和全橋(FB)式，通常開(kāi)通采用零電流開(kāi)關(guān)(ZCS)且關(guān)斷采用硬開(kāi)關(guān)。對(duì)于這些配置，為了提高性能和降低系統(tǒng)成本，高頻率是最重要的設(shè)計(jì)趨勢(shì)之一。由于關(guān)斷損耗大大減少，英飛凌TRENCHSTOP5的IGBT技術(shù)成為最有前景的選擇，因?yàn)橥耆心芰M足焊機(jī)強(qiáng)大的技術(shù)要求。相對(duì)于前代IGBT，TRENCHSTOP5的IGBT提高了性能，且能夠在高開(kāi)關(guān)頻率下運(yùn)行。同時(shí)還適用于在適當(dāng)?shù)牟季种兄苯犹鎿Q開(kāi)關(guān)頻率達(dá)100kHz的傳統(tǒng)高電壓MOSFET。在較高的開(kāi)關(guān)頻率下運(yùn)行能夠減少磁性元件的尺寸和電容器的數(shù)量。然而，由于較高的di/dt和dv/dt可能引發(fā)關(guān)斷時(shí)高壓過(guò)沖、導(dǎo)通時(shí)振蕩或EMI數(shù)據(jù)降級(jí)等問(wèn)題，舊款I(lǐng)GBT并不總能找到簡(jiǎn)單的“即插即用”替代品。

一般來(lái)說(shuō)關(guān)斷損耗大幅度減少可能導(dǎo)致轉(zhuǎn)換器初級(jí)側(cè)發(fā)生巨大的機(jī)構(gòu)變化，從而簡(jiǎn)化了機(jī)構(gòu)解決方案。這甚至?xí)?dǎo)致PCB布局和柵極驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)的進(jìn)一步改進(jìn)。因此，可以明顯減少機(jī)器的尺寸和重量。由于電源環(huán)路和單回路的布局均得到適當(dāng)?shù)母纳?，在這種情況下，可在每個(gè)開(kāi)關(guān)中用一個(gè)IKW50N65H5 TRENCHSTOP5的IGBT替代兩個(gè)40A/600V IGBT。此外，由于開(kāi)關(guān)和導(dǎo)通損耗降低，器件溫度也明顯下降，甚至可以使用絕緣箔片。進(jìn)行的測(cè)試用于確定將關(guān)斷時(shí)電壓過(guò)沖保持在擊穿電壓80%以內(nèi)的柵極電阻RG(off)，從而將集電極-發(fā)射極電壓限制在最大值VCE=520V。電路板的雜散電感越低，為滿足限值所能選擇的RG(off) 就越低。該測(cè)試同時(shí)考慮了最大集電極-發(fā)射極電壓的振蕩。事實(shí)上，本測(cè)試在低于200ns時(shí)的可接受值是-25V或者，可通過(guò)調(diào)整無(wú)源柵極網(wǎng)絡(luò)在未經(jīng)優(yōu)化的布局中使用TRENCHSTOP5。在這種情況下，通過(guò)引入關(guān)斷大柵電阻和CGE/RCE柵極拑位結(jié)構(gòu)，可再次將VCE與VGE過(guò)沖保持在可接受值的范圍內(nèi)。但是，這樣做會(huì)明顯減少使用 TRENCHSTOP5的IGBT帶來(lái)的好處。由此也突顯出適當(dāng)布局的重要性。

在設(shè)計(jì)中若要進(jìn)一步減少電源板的雜散電感，可以在絕緣襯底的表面貼裝組裝中使用TRENCHSTOP5的IGBT技術(shù)。這樣得到的是更緊湊的解決方案，即高壓側(cè)和低壓側(cè)共用一個(gè)散熱區(qū)。因此，諸如IMS或Al2O3陶瓷等特殊的IGBT絕緣需要額外的加強(qiáng)絕緣。引進(jìn)的這些技術(shù)變化導(dǎo)致整個(gè)機(jī)器的尺寸和重量實(shí)現(xiàn)大幅度減少。這種理念使得整體雜散電感能夠達(dá)到40nH，如果采用不同的封裝組裝組合和全橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，則還可以進(jìn)一步減少20nH。雜散電感的降低可使系統(tǒng)在超過(guò)100kHz的開(kāi)關(guān)頻率下運(yùn)行，這意味著可以使用單個(gè)散熱區(qū)提高功率密度并降低變壓器尺寸，同時(shí)保證所需的直流母線電容器數(shù)量。開(kāi)發(fā)這種示范產(chǎn)品是為了簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)并提高功率密度。有了這種硬件，就可以顯示如何減少組裝過(guò)程的工作量，這能夠顯著提高可制造性從而實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)并降低系統(tǒng)成本。減少組件和布局優(yōu)化意味著與商業(yè)解決方案相比，材料成本可減少30%左右，尺寸可減少30%而且重量可減少35%。