Новости

02.10.2012

IXYS - обзор направлений. Силовые полупроводниковые компоненты массового применения

Мировой рынок силовой электроники представлен большим количеством производителей полупроводниковых элементов. Продукция некоторых компаний ориентирована на недорогие компоненты, которые массово используются в простых устройствах, не требующих высокого качества. Но производство надежных силовых устройств для различных областей применения должно быть обеспеченно наилучшими в своем классе компонентами. В таких приложениях широко используются полупроводниковые элементы корпорации IXYS. Именно ее продукция является образцом высокотехнологичности, надежности, современности и качества при сравнительно невысокой цене.

Корпорация IXYS выпускает широкий спектр компонентов силовой электроники:

силовые диоды: выпрямительные, сверхбыстрые, Шоттки, GaAs, SiC и др.;
дискретные MOSFET и IGBT транзисторы в стандартных и изолированных корпусах;
MOSFET и IGBT силовые модули различной конфигурации;
микросхемы управления MOSFET/ IGBT;
силовые тиристоры и тиристорные модули;
высоковольтные защитные диоды.

Британская компания WESTCODE, которая является частью корпорации IXYS, специализируется на производстве изделий большой мощности для систем индукционного нагрева, энергетики, транспорта, военной техники и других силовых отраслей. Номенклатура выпускаемой продукции:

выпрямительные диоды и быстрые диоды на напряжения до 6 кВ;
тиристоры до 4.5 кВ;
GTO-тиристоры до 4.5 кВ и 2 кА;
быстрые тиристоры: с распределенным затвором, запираемые тиристоры на напряжения до 6 кВ и токи до 4 кА;
импульсные тиристоры;
сборки press-pack IGBT в стандартных капсульных корпусах для отказоустойчивых приложений (транспорт, энергетика и т. п.);
высоковольтные IGBT драйверы (до 5.2 кВ, 3 кА);
высоковольтные конденсаторы.

IGBT разработки от Ixys

Среди выпускаемых IXYS дискретных компонентов присутствуют изделия в изолированных корпусах: ISOPLUS220, ISOPLUS247, ISOPLUS264, ISOPLUS i4-PAC, ISOPLUS-SMPD:

Изолированные корпуса

Это модификации стандартных промышленных корпусов с изолированным теплоотводом на основе керамики DCB/DAB (DCB - direct cooper bound - беcпосредственная медная граница; DAB - direct aluminum
bound - непосредственная алюминевая граница). Напряжение изоляции 2 500 В, для ISOPLUS-SMPD - 4 000 В, среднее тепловое сопротивление "кристалл-корпус" порядка 0.3 K/Вт.

При использовании изолированных корпусов можно получить выигрыш в суммарном тепловом сопротивлении до 2-3 раз, что не только упрощает монтаж (можно крепить непосредственно
на радиатор), но и увеличивает надежность изделия:

Внутренняя схема изолированного корпуса

Корпус i4-PAC является модификацией TO-264 с пятью выводами. В нем можно найти не только дискретные элементы, но и различные сборки: "диод-транзистор", "транзистор-транзистор", выпрямительные мосты, тиристорные сборки и др.

Для применения в автомобильной электронике и для приложений с большим током выпущен корпус ISOPLUSDIL с отдельно стоящими сильноточными выводами и управляющими контактами:

Корпус ISOPLUS-DIL

IXYS выпускает IGBT транзисторы и силовые модули:

NPT, NPT3, XPT, SPT и Trench IGBT;
высоковольтные дискретные IGBT до 2500 В;
высокоскоростные дискретные IGBT (> 40 кГц);
IGBT силовые модули различной конфигурации: CBI, Sixpack, H-bridge, phase leg, buck & boost чопперы и др.;
BIMOSFET-транзисторы для резонансных преобразователей;
RIGBT с защитой от обратного тока.

Cреди выпускаемых IGBT силовых модулей имеются все основные конфигурации для построения инверторов на 1, 2 и 3 фазы, инверторов с выпрямителем, тормозным транзистором и др. Модули доступны в современных корпусах ECO-PAC1/2 и в ставшем стандартным для CBI1/2/3 Sixpack модульном исполнении.

Особое внимание уделено развитию новой технологии Trench IGBT, улучшенной по параметру "потери на переключения" (в среднем на 20–25 %). Среди выпускаемых сейчас IGBT можно найти как дискретные компоненты, так и модули с Trench IGBT кристаллами.

Новые Six-Pack модули IGBT В начале года были выпущены новые IGBT Six-pack модули диапазона до 600 А, 1200 и 1700 В:

Новые Six-Pack IGBT-модули

Наименование	Напряжение, В	Ток, А	Падение напряжения, В	EOFF & IC, мДж & A
MIXA450W1200TFH	в разработке
MWI 225-17E9	1700	335	2.5	54
MWI 300-17E9		500	2.8	80
MWI 451-17E9		580	2.25	90

Модули выполнены по технологии SPT (Soft Punch Through — мягкое сквозное отверстие) на DCB-керамике с медным основанием и содержат шесть транзисторов конфигурации phase-leg. Три фазы могут быть использованы раздельно либо в параллельном включении. Технология SPT позволяет уменьшить падение напряжения и потери при переключениях. В качестве обратных диодов применены новые SONIC-диоды, что позволило поднять рабочую частоту до 20 кГц. Типовые приложения модулей: трехфазный электропривод, сварочная техника, источники вторичного электропитания, ветрогенераторы и др.

Модули с расширенной областью безопасной работы (SOA) Для электротранспорта выпущены мощные модули NPT3 IGBT с расширенной областью безопасной работы (SOA)

Номенклатура некоторых HV IGBT модулей

Наименование	I_C25, А	V_CES, В	V_CE(sat), В	R_thJC, кВт
MIO1800-17E10	2500	1700	2.3	0.009
MIO2400-17E10	3300	1700	2.3	0.007
MIO1200-25E10	1650	2500	2.5	0.009
MIO1500-25E10	2100	2500	2.7	0.008
MIO1200-33E10	1650	3300	3.1	0.0085
MIO1200-33E11	1650	3300	3.1	0.0085
MIO600-65E11	840	6500	4.2	0.011

Компания IXYS предлагает для транспортных приложений изделия на подложке AlSiC с улучшенными характеристиками термоциклирования с изоляцией на основе нитрида алюминия AlN, а также изделия с едным основанием и подложкой из оксида алюминия.

В настоящее время предлагается два варианта исполнения: с изоляцией 6 и 10.2 кВ (HV-версия). Все модули выполнены по технологии NPT3 и предлагают комбинацию низких потерь на переключениях с новыми границами области безопасной работы (SOA). В подтверждение своей репутации производителя компонентов высокой надежности IXYS предлагает HP-модули для использования в жестких условиях эксплуатации: приложения с большой индуктивной нагрузкой, где за счет расширенной области безопасной работы может быть улучшена общая надежность системы.

Особого внимания заслуживают дискретные IGBT 4 000 В, поскольку такая продукция не представлена так широко у других производителей. При выборе IGBT необходимо большое внимание уделять встроенному обратному диоду, а именно - его быстродействию, характеристике переключения и току. У IXYS можно найти сборки с диодом, оптимизированным для различных режимов: обратный диод, чопперы buck & boost, диод для корректора коэффициента мощности, диод с низкой емкостью для высокоскоростных приложений, диод с мягким переключением.

MOSFET разработки от Ixys

Транзисторы и силовые модули MOSFET в линейке IXYS представлены не менее широко:

стандартные N-канальные MOSFET транзисторы;
высокоскоростные MOSFET семейства HiPerFET;
Q3 - семейство высокоскоростных MOSFET с низким сопротивлением канала и зарядом затвора;
CoolMOS в изолированных корпусах с быстрым обратным диодом;
P-канальные MOSFET транзисторы;
MOSFET с отрицательным напряжением закрытия (depletion mode);
низковольтные Trench MOSFET с ультранизким сопротивлением канала;
новое семейство PolarHT с низким сопротивлением канала;
MOSFET силовые модули основных и специализированных конфигураций.

Новое cемейство Q3 объединяет мощные надежные N-канальные транзисторы с пониженным сопротивлением открытого канала Rds(on), низким зарядом затвора Qg и малыми потерями. Все транзисторы в линейке содержат встроенный обратный диод, что дополнительно снижает потери при переключении и позволяет использовать транзисторы для высокочастотных задач.

Широко представлены высоковольтные MOSFET транзисторы на 1000–1400 В, оптимизированные для различных режимов: высокоскоростные семейства Q2 и HiPerFET с быстрым диодом, стандартные N-канальные транзисторы в изолированных корпусах. Также имеется симейство HV MOSFETs на 2.5–4 кВ.

Семейство CoolMOS представлено спектром дискретных транзисторов на напряжения 600–800 В со встроенным быстрым диодом. IXYS предлагает CoolMOS в изолированных корпусах IXKF40N60SCD1 для построения мостовых схем в разнообразных источниках питания.

Диоды, тиристоры и их модули

Семейство биполярных продуктов представлено широким спектром диодов и тиристоров:

выпрямительные диоды и модули (диодные и тиристорно-диодные);
быстрые и сверхбыстрые диоды семейства FRED и HiPerFRED;
диоды Шоттки (Si, GaAs, SiC);
диодные модули с диодами FRED и HiPerFRED;
модули специальной конфигурации: модули для корректоров коэффициента мощности, с общим анодом или катодом и т. п.;
тиристоры и тиристорные модули малой и средней мощности;
модули AC-control (встречно-параллельное включение тиристоров);
тиристорно-диодные модули.

Активно развивается семейство диодов на основе GaAs, для которых характерно отсутствие температурной зависимости потерь переключения и меньшая величина времени восстановления обратного сопротивления

Характеристика переключения GaAs-диода

Области применения GaAs-диодов: DC/DC-конверторы, корректоры коэффициента мощности, различные источники питания

Типовые схемы включения GaAs–диодов: со средней точкой и без средней точки

Одновременно предлагаются диоды на основе SiC и диодные сборки для высокочастотных приложений в изолированных корпусах (FBS10-12SC).

Тиристоры и тиристорные модули широко представлены как в виде дискретных изделий, так и в виде сборок различной конфигурации. Следует обратить внимание на тиристоры в корпусе SOT-227 и двойные тиристорные модули 19–500 А в стандартном промышленном корпусе WS-501:

Тиристорные модели IXYS

Драйвера управления

Блок диаграмма драйвера IXDD630 Микросхемы управления представлены семействами драйверов нижнего уровня (IXD_6xx), высоковольтным драйвером IX212 , полномостовым драйвером MX6895, оптически изолироваными драйверами, а также высокомощным драйвером С0044BG400.

Семейство IXD_6xx обеспечивает выходной ток 2–30 А с напряжением управления 4.5–35 В и скоростью переключения 10 МГц. Драйверы производятся в различных корпусах и применяются в DC/DC-преобразователях, источниках питания, усилителях класа D.

Press-pack IGBT сборка

Технологическая конструкция Для приложений, требующих высокой надежности при большой мощности, выпущены IGBT сборки в капсульном исполнении. Данные изделия востребованы на транспорте, в энергетике, системах индукционного нагрева, физике и военной технике.

Новые Six-Pack IGBT-модули

Наименование	V_ces, В	I_C, A	I_CM, A	V_CE(sat), В
T1200TB25A	2500	1200	2400	3.0
T2250AB25E	2500	2250	4500	2.9
T1800GB45A	4500	1800	3600	3.7
T2400GB45E	4500	2400	4800	3.6

Press-pack IGBT допускают двустороннее охлаждение и конструктивно совместимы с тиристорами GTO, что позволяет производить модернизацию силового оборудования с изменением только схемы управления. Изделия предназначены для жестких условий эксплуатации на протяжении 20 лет, что недостижимо для IGBT-модулей стандартного исполнения.

Для управления затвором IGBT используется ранее упомянутый модуль C0044BG400 со следующими характеристиками:

выходной ток — 44 А;
изоляция — 11 кВ;
защита от короткого замыкания.

Он также может быть использован для управления IGBT силовыми модулями большой мощности и капсульными тиристорами.

Драйвер управления C0044BG400

Заключение

Корпорация IXYS является признанным производителем качественной силовой электроники. Ее клиентская база насчитывает более 2000 компаний, работающих в таких областях, как телекоммуникации, транспорт, производство промышленной и медицинской аппаратуры. Появление продукции IXYS на украинском рынке должно дать разработчикам возможности получения качественно новых характеристик проектируемых изделий.

Литература:
1. Иван Полянский. «IXYS — высокое качество и надежность.» Силовая электроника № 2, 2004.

Более детальную информацию можно получить в офисе ООО "Виаком": 03061, г. Киев, пр. Отрадный, 95-с, тел./факс: (044) 507-02-02 (многоканальный), добавочный номер 108 - технический консультант Андрей Влащук, andrew.vlashchuk@biakom.kiev.ua

назад | всі новини