Новини

IXYS - обзор направлений. Силовые полупроводниковые компоненты массового применения
Загрузить статью в PDF (1,4 Мб) >>
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.
В начале года были выпущены новые IGBT Six-pack модули диапазона до 600 А, 1200 и 1700 В:
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.
Для электротранспорта выпущены мощные модули NPT3 IGBT с расширенной областью безопасной работы (SOA)
Наименование | IC25, А | VCES, В | VCE(sat), В | RthJC, 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
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
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 | Vces, В | IC, A | ICM, A | VCE(sat), В |
T1200TB25A | 2500 | 1200 | 2400 | 3.0 |
T2250AB25E | 2250 | 4500 | 2.9 | |
T1800GB45A | 4500 | 1800 | 3600 | 3.7 |
T2400GB45E | 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
