Как купить...

International Rectifier Corporation
Общепризнанный мировой лидер в разработке и производстве силовых полупроводниковых компонентов

Полное наименование: International Rectifier Corporation
Веб сайт: www.irf.com
Перечень поставляемой продукции

В конце 2011 года компания International Rectifier выпустила на мировой рынок новую линейку надежных и эффективных IGBT 1200 В, предназначенных для широкого круга приложений: индукционных нагревателей, сварочных аппаратов, высокомощных выпрямителей, бесперебойных источников питания, солнечных батарей и других.

При производстве данных IGBT используется Field-Stop Trench (FS Trench) технология, которая позволяет добиться значительного уменьшения потерь на переключение и проводимость и тем самым получить более высокую плотность мощности и более высокий КПД при работе на высоких частотах. Новая линейка дополняет уже существующую линейку IGBT cо стойкостью к воздействию короткого замыкания 10 мкс.

Помимо вышеперечисленных преимуществ, применение новых IGBT позволяет уменьшить размеры радиатора, число внешних компонентов, а также конечную стоимость разрабатываемого изделия. Диапазон токов у новой линейки IGBT для корпусированных приборов составляет 20-50 А для кристаллов до 150 А. Основными преимуществами новых IGBT являются: большая квадратная область безопасной работы (RBSOA), положительный температурный коэффициент, низкое значение Vce(on) для уменьшения рассеиваемой мощности и получения высокой плотности мощности.

В новой линейке транзисторы IRG7PH35UD1 и IRG7PH42UD1 обладают устойчивостью к повторяющимся пиковым броскам напряжения до 1300 В.

Доступны IGBT как со встроенным диодом с малым временем обратного восстановления, так и без него. Кристаллы также доступны с паяемым металлическим покрытием на передней стороне (покрытие позволяет корпусирование без использования проволочных соединений) для улучшения тепловых характеристик (возможность двустороннего охлаждения), повышения надежности и эффективности.

Основной вопрос, который возникает у разработчиков, не применявших ранее IGBT - в каком случае применять их, а где стоит использовать классические MOSFET. Для того, чтобы разобраться в этом вопросе, необходимо провести аналогию между параметрами IGBT и MOSFET. Итак, рассмотрим основные параметры транзисторов, их функциональное соответствие и типичные значения.

V_ECS (Collector-to-Emitter Breakdown Voltage) - максимально-допустимое напряжение «коллектор-эмиттер». Является аналогом параметра V_DS MOSFET-транзисторов. Значение этого параметра для IGBT находится в пределах 300...1500 В.

I_C (Continuous Collector Current) - максимальный ток коллектора, аналог тока стока I_D. Диапазон значений для IGBT - 10...200 А.

V_GE (Gate-to-Emitter Voltage) - максимально допустимое напряжение «затвор-эмиттер», аналог параметра V_GS. Значения V_GE находятся в пределах ±20... ±30 В.

V_CE(on) (Collector-to-Emitter Saturation Voltage) - напряжение насыщения «коллектор-эмиттер», определяет потери проводимости в транзисторе, аналог R_ds(on) для MOSFET. Диапазон значений V_CE(on) 1,0...2,5 В.

E_ts (Total Switching Loss) - полные потери на переключения транзистора (измеряется в мкДж). Аналогом у MOSFET является заряд затвора Q_g.

P_d (Maximum Power Dissipation) - максимально возможная рассеиваемая мощность. Как и в случае MOSFET-транзисторов, значение данного параметра в значительной степени определяется типом корпуса транзистора.

Особенностью IGBT-транзисторов является снижение значений параметра, являющегося эквивалентом сопротивления канала MOSFET с увеличением тока, протекающего в IGBT-транзисторе. Воспользуемся конкретным примером сравнения двух различных MOSFET с IGBT, наглядно проиллюстрированном на рис. 1.

Рис. 1. Сравнение IGBT и MOSFET для различных рабочих токов

Из графика видно, что при токах свыше 33 А значение эквивалента R_ds(on) становится ниже реальных значений R_ds(on) для MOSFET с напряжением 150 В, что позволяет получить дополнительную эффективность при использовании IGBT. В случае использования MOSFET с напряжением 200 В при любых токах потери в IGBT-транзисторе значительно ниже.

Однако наравне с выделенными выше преимуществами IGBT-транзисторы проигрывают MOSFET по быстродействию. В отличие от MOSFET, способных работать на частотах в несколько мегагерц, пределом IGBT является порог в 30...40 кГц с существенным ухудшением токовой характеристики на частотах более 20 МГц. Данный факт иллюстрирует рисунок 2.

Рис. 2. Сравнение рабочих токов IGBT и MOSFET на различных частотах

Классификация IGBT компании IR  

В зависимости от применяемой технологии изготовления все IGBT-транзисторы компании IR можно разделить на четыре поколения - G4...G7, топология которых приведена на рисунке 3.

Рис. 3. Топология различных поколений IGBT

Применение различных технологий производства позволяет добиться требуемого соотношения основных параметров транзисторов, что определяет их области применения. Как видно на рисунке, наряду с улучшенными характеристиками новые поколения транзисторов обладают и большей стоимостью. Это связано с увеличением общего числа слоев в структуре транзистора, а также усложнением технологических процессов их создания.

Качественную оценку основных характеристик транзисторов на напряжение 1200 В можно сделать, исходя из рис. 4.

Рис. 4. V_CE(on) vs. E_ts для различных поколений транзисторов

Из рисунка видно, что переход от поколения G4, изготавливаемого по punch-through (PT) технологии, к G5, изготавливаемому по non-punch-through (NPT) технологии, сопровождается девятикратным уменьшением потерь на переключение (параметр E_ts) и увеличением потерь на проводимость в 1,5 раза. Таким образом, поколение G5 больше подходит для применения в схемах с более высокими рабочими частотами, чем G4.

Переход к новым технологиям FS Trench (G6) и Epi-Trench (G7), позволил создать IGBT, которые совмещают в себе достоинства предыдущих поколений и обладают низкими значениями E_ts без увеличения потерь проводимости. Кроме того, падение рабочего тока транзистора с увеличением частоты у нового поколения G7 выражено не так ярко, как у транзисторов предыдущих поколений или у IGBT-транзисторов других производителей. Эти выводы можно сделать из рисунка 5, на котором приведена зависимость тока от частоты переключения для различных семейств транзисторов.

Рис. 5. V_CE(on) vs. E_ts для различных поколений транзисторов

Представленные поколения широко представлены на рынке электронных компонентов и перекрывают практически все области применения IGBT (см. таблицу 1).

Таблица 1. IGBT разных технологий  

Строка, расположенная ниже обозначения технологий изготовления транзисторов, определяет тип транзистора с точки зрения его частотных характеристик. Максимальные рабочие частоты, а также значения параметров V_CE(on) и E_ts для каждой группы можно найти в таблице 2.

Таблица 2. Частотные характеристики IGBT  

Литера «К» в таблице 1 обозначает не скоростную группу транзистора, а служит отметкой о способности транзистора сохранять работоспособность в условиях короткого замыкания (Sort Circuit Safe Operation Area - SCSOA). Данный термин введен компанией IR для транзисторов, которые имеют дополнительную защиту против короткого замыкания. Данное свойство является крайне полезным при работе транзисторов на удаленную индуктивную нагрузку (двигатель). В этих условиях длинные линии подвержены сильным внешним помехам и случайным механическим повреждениям, которые могут привести к короткому замыканию выводов транзистора.

IR предлагает три степени защиты IGBT от короткого замыкания, которые определяются допустимой длительностью состояния КЗ (10 мкс, 6 мкс, 3 мкс), при котором, транзистор сохраняет работоспособность после устранения условий КЗ. Наличие подобной защиты приводит к незначительному (0,1...0,2 В) увеличению параметра V_CE(on).