Мощные igbt транзисторы: Самые мощные IGBT для промышленного применения от IR

Самые мощные IGBT для промышленного применения от IR

4 июня 2014

Большинство систем промышленного назначения – электропривод, системы питания, индукционный нагрев, сварочные аппараты и др. — должны обеспечивать высокие (десятки кВт) выходные мощности, работать в жестких температурных условиях и обладать высокой надежностью. Как правило, подобные системы строятся на базе IGBT-транзисторов – полупроводниковых приборов, имеющих высокие допустимые рабочие температуры кристаллов и обеспечивающие высокие выходные токи при приемлемом уровне потерь.

Один из признанных мировых лидеров в производстве IGBT– компания InternationalRectifier – выпускает несколько серий IGBT промышленного применения для напряжений от 600 В до 1200 В с рабочими токами до 160 А при температуре кристалла 100°C.

Транзисторы выпускаются как в дискретном исполнении (в корпусе располагается только кристалл IGBT), так и в исполнении Co-Pack (в корпусе компонента располагаются кристаллы IGBT и быстродействующего антипараллельного диода). Некоторые IGBT транзисторы IR могут выдерживать режим короткого замыкания без разрушения структуры кристалла и корпуса в течении не менее 10 мкс (IRG7PSH73K10PBF), что делает их идеальным решением для систем промышленного электропривода.

Все мощные транзисторы выпускаются в выводных силовых корпусах TO-247 и TO-274 (Super-247), позволяющих эффективно отводит избыточное тепло на радиатор.

Характеристики наиболее мощных IGBT различных серий приведены в таблице. Все указанные транзисторы имеют максимальную рабочую температуру кристалла +175°C.

Наименование	Тип	Напряжение Vce, В	Ток при 100°С, А	Vce(on) макс., В	Etotal макс., мДж	Падение диода тип., В	Корпус
IRGP4266DPBF	Co-Pack (встроенный диод)	650	90	2.10	6.4	2.1	TO-247
IRGPS46160DPBF		600	160	2.05	9.2*	2.4	TO-274
IRGPS4067DPBF			160	2.05	12.3	2.4	TO-274
IRGP4690DPBF			90	2.10	4.6*	2.2	TO-247
IRGP4066DPBF			90	2.10	6.4	2.2	TO-247
IRG7PSH73K10PBF	Дискретный	1200	130	2.30	14.3	нет	TO-274
IRG7PH50UPBF			90	2.00	7.8		TO-247
IRGP4266PBF		650	90	2.10	6.8		TO-247
IRGP4066PBF		600	90	2.10	6.4		TO-247

* — приведено типовое значение параметра

 

Для заказа бесплатных образцов указанных IGBT действуйте по инструкции:

Внимание! Компания Компэл работает только с организациями и индивидуальными предпринимателями — юридическими лицами. Для заказа образцов необходима регистрация на сайте.

•••

Наши информационные каналы

О компании Int. Rectifier

В 2015 году компания Infineon приобрела компанию International Rectifier, тем самым значительно усилив свои лидирующие позиции в области силовой электроники. …читать далее

Поиск по параметрам

600, 650, 1200 V IGBT транзисторы от IR

IGBT силовые транзисторы International Rectifier шестого поколения

Известно, что биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT — Insulated Gate Bipolar Transistor) обладают преимуществами легкого управления полевыми МОП-транзисторами и низкими потерями проводимости, характерными для биполярных транзисторов. На рис. 1 показана эквивалентная схема IGBT-транзистора.

Рис. 1. IGBT можно представить как комбинацию биполярного p_n_p транзистора и MOSFET

Традиционно IGBT используют в тех случаях, где необходимо работать с высокими токами и напряжениями. IGBT-транзисторы в настоящее время выпускают десятки производителей. Среди них — Infineon Technologies, Semikron, International Rectifier, Fairchild Semiconductor, Toshiba, Hitachi, MITSUBISHI, FUJI, IXYS, Power Integration, Dynex Semiconductor и другие.

В конце 1980-х годов было создано первое поколение IGBT-транзисторов, а уже в начале 1990-х появились второе и третье. Прогресс в технологии IGBT шел по линии увеличения рабочих напряжений и токов, а также повышения эффективности преобразования за счет снижения потерь мощности на кристалле как в статическом, так и в динамическом режимах. Происходило и удешевление приборов. К настоящему времени и для серийного производства уже используются технологии четвертого, пятого и шестого поколений IGBT-транзисторов. Следует отметить, что нумерация поколений достаточно условна и у разных фирм может отличаться.

 

Развитие технологии IGBT-транзисторов фирмой IR

Компания International Rectifier является признанным лидером в разработке и производстве высококачественных силовых полупроводниковых приборов. Диапазон продукции IR достаточно широк и объединяет в себе различные направления. Это и дискретные устройства (биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT), мощные полевые транзисторы (MOSFET) и модульные сборки на основе кристаллов дискретных элементов, а также ИМС для управления энергосберегающими источниками света, силовые ИМС для электронных балластов люминесцентных ламп и ламп высокого давления, микросхемы драйверов IGBT и MOSFET, включая высоковольтные микросхемы HVIC, продукты на базе интегрированной платформы IMotion и цифровые контроллеры для управления электроприводом, продукты платформы SupIRBuck, микроэлектронные твердотельные реле. В настоящий момент фирма выпускает широкую номенклатуру IGBT, для производства которых используются технологии 4-го (4 PT IGBT), 5-го (5 Non-PT IGBT) и 6-го поколений (DS Trench IGBT). Для первых двух технологий в полевом транзисторе используется планарный затвор, а в последнем (DS Trench) — вертикальный. Собственно, структуры приборов для данных технологий разработаны уже давно и используются производителями на протяжении многих лет. Все дело в нюансах, которые дают возможность производителю реализовать те или иные преимущества технологии. И цена производства кристалла имеет не последнее значение. На рис. 2 показана эволюция технологии IGBT-транзисторов фирмы IR.

Рис. 2. Эволюция технологии IGBT-транзисторов в IR

Новые транзисторы оптимизированы для работы на частотах переключения до 20 кГц, и для снижения энергии потерь на проводимости и переключении в них использована Trench-технология. Эти IGBT с антипараллельным ультрабыстрым диодом имеют энергию переключения ETS и более низкое напряжение насыщения коллектор-эмиттер V_CE(on), чем IGBT PT и NPT типа. Кроме того, ультрабыстрый диод с мягким восстановлением дополнительно повышает эффективность преобразования и снижает уровень генерируемых помех.

 

Технология с вертикальным затвором

Для данного типа технологии затвор полевого транзистора сформирован в виде глубокой канавки (trench gate) на подложке (рис. 2). При изготовлении Trench-FS (Field Stop) транзисторов используется буферный n+ слой в основании подложки. В сочетании с модифицированной конструкцией эмиттера структура затвора позволяет оптимизировать распределение носителей в области подложки и уменьшить напряжение насыщения транзисторов Trench-FS на 30% по сравнению с транзисторами, созданными по технологии NPT. Уменьшается почти на 70% и площадь кристалла, обеспечивается большая плотность тока транзистора.

Технология Trench немного сложнее и дороже, чем NPT. Однако уменьшение размера кристалла Trench-FS снижает его удельную себестоимость, что в итоге позволяет уравнять цены на готовую продукцию по отношению к аналогичным приборам, производимым по другим технологиям. Кроме того, благодаря снижению энергии потерь, при равноценной площади кристалла существенно возрастает ток транзистора (до 60%).

У вертикального затвора, в отличие от пла-нарного, отсутствуют горизонтальные пути протекания тока. Ток течет к коллектору по кратчайшему пути, что обеспечивает снижение потерь на проводимость. Trench IGBT имеют самый низкий уровень статических и динамических потерь среди IGBT, производимых компанией. У новых Trench IGBT благодаря уменьшению длины «хвоста» обеспечивается более плавная траектория переключения, чем у NPT IGBT. «Хвостом» (tail current) называется остаточный ток коллектора биполярного транзистора IGBT, возникающий из-за рассасывания носителей в области базы после запирания транзистора. Благодаря этому энергия выключения стала на 10-20% ниже, чем у NPT IGBT.

 

Линейка 600 В IGBT-транзисторов Trench 6-го поколения

Семейство 600-вольтовых Trench IGBT в первую очередь ориентировано на использование в UPS-источниках и преобразователях солнечной энергии мощностью до 3 кВт. Силовые приборы этого семейства могут также служить эффективной заменой аналогичных IGBT-транзисторов в системах управления приводом компрессоров в холодильниках, индукционных системах нагрева, а также в приводах мощных вентиляторов. Приборы позволяют на 30% снизить мощность рассеивания по сравнению с IGBT других типов. Компания разработала линейку из 8 приборов в корпусах TO-220TO-247, с рабочим напряжением 600 В и токами 4-48 А.

Для всех типов данных транзисторов используются кристаллы толщиной 70 мкм. Гарантированное время выдержки режима короткого замыкания — не менее 5 мкс для всех типов линейки.

Все корпусированные приборы выполнены по схеме Co-Pack (имеют встроенный антипараллельный ультрабыстрый диод). Основные технические характеристики приведены в таблице 1.

Таблица 1. Основные параметры 600 В IGBT-транзисторов 6-го поколения Trench

Тип транзистора	Корпус	Imax (25 °С), A	Imax (100 °C), A	Vce (175 °C), В	Ets (175 °C), мкДж	Rth(j-c), °C/Вт	Мощность, кВт
IRGC4059B IRGB4059D	б/корп. ТО-220	8	4	2,2	210	2,7	0,8
IRGC4045B IRGB4045D		12	6	2,14	329	1,94	1,0
IRGC4060B IRGB4060D		16	8	1,95	405	1,51	1,2
IRGC4064B IRGB4064D		20	10	2,00	415	1,49	1,3
IRGC4056B IRGB4056D		24	12	1,97	540	1,07	1,5
IRGC4061B IRGB4061D		36	18	2,5	855	0,73	2,0
IRGC4062B IRGB4062D IRGP4062D	б/корп. ТО-220 TO-247	48	24	2,04	1260	0,6	2,5
IRGC4063B IRGB4063D	б/корп. ТО-220	96	48	2,10	3210	0,45	4,0

 

Система обозначений для IGBT-транзисторов Trench

Для ранее разработанных IGBT-транзисторов использовалась следующая система обозначений (рис. 3).

Рис. 3. Первая система обозначений для транзисторов IGBT IR

В данной системе обозначений присутствует суффикс, определяющий подкласс по быстродействию прибора (таблица 2).

Таблица 2. Классификация транзисторов IGBT IR по быстродействию

Параметры/подкласс	Standard	Fast	Ultrafast
Vce, В	1,3	1,5	1,9
Энергия переключения, мДж/A·мм2	0,54	0,16	0,055
Потери проводимости, Вт (при 50% постоянного тока)	0,625	0,75	0,95

В процессе разработки новых приборов возникла необходимость введения добавочных суффиксов, определяющих дополнительные параметры транзисторов, поэтому система обозначений была изменена (рис. 4). Эта система, в частности, использовалась для маркировки 600 В Trench IGBT.

Рис. 4. Система обозначений для 600 В Trench IGBTтранзисторов

После разработки технологии 1200 В Trench IGBT (Gen 6.3+) фирма ввела новую систему обозначений для новых IGBT-транзисторов 4-го и 6-го поколений, которая показана на рис. 5. Для ранее разработанных 600 В транзисторов пока сохраняется маркировка, приведенная на рис. 4.

Рис. 5. Система обозначений для поколения Gen 6.3+

 

 

Преимущества транзисторов по технологии Trench

Напряжение в открытом состоянии U_ce на 30% ниже аналогичного параметра для транзисторов 4-го и 5-го поколений и обеспечивает меньше рассеяние энергии на кристалле и нагрев, повышается эффективность преобразования энергии. Меньшая емкость затвора обеспечивает большее быстродействие, упрощает управление транзистором и снижает уровень динамических потерь.

Квадратная (Square) форма зоны допустимых режимов безопасной работы обеспечивает большую надежность прибора при работе с критическими токами и напряжениями. Незначительный остаточный ток выключения и малые потери выключения (E_OFF) позволяют транзисторам работать на более высоких частотах. На рис. 6 показаны сравнительные характеристики допустимой рассеиваемой мощности на кристалле для транзисторов Trench и IGBT-транзисторов с планарным затвором.

Рис. 6. Зависимость рассеиваемой мощности от среднеквадратичного выходного тока

Более высокая допустимая температура кристалла (175 °С) обеспечивает расширение диапазона рабочих температур и повышает надежность прибора. Температура радиатора при аналогичных режимах работы у транзистора Trench будет ниже. Меньшие размеры корпуса транзисторов Trench в сочетании с сокращением размеров радиатора позволяют ужать печатную плату.

Параметры транзисторов 6-го поколения обеспечивают более эффективное преобразование энергии и могут быть рекомендованы в качестве замены транзисторов 4-го и 5-го поколений соответствующей мощности, а также аналогичных транзисторов других производителей.

Технология с вертикальным затвором стала разрабатываться компанией International Rectifier уже тогда, когда на рынке получили широкое распространение Trench IGBT других производителей, в том числе и ведущих в данном секторе фирм — Infineon и Toshiba. Поэтому в процессе разработки линейки нового поколения IGBT-транзисторов перед специалистами IR стояла сложная задача достижения высоких параметров в сочетании с низкой ценой, что позволило бы обеспечить конкурентоспособность продукции на рынке.

Таблица 3. Рекомендуемая замена транзисторов 4-го и 5-го поколений на транзисторы Trench

Ic (Tc=100 °C, Vge = 15 В), А	Trench IGBT 6Gen	NPT IGBT 5Gen	PT IGBT 4Gen
4	IRGB4059D-PBF	IRGB4B60KD1	IRG4BC10SD IRG4BC15MD
	TO-220	IRGB4B60KD	IRG4BC15UD IRG4BC10KD
6	IRGB4045D-PBF	IRGB8B60KD	IRG4BC20SD IRG4BC20FD IRG4BC20MD IRG4BC20UD IRG4BC20KD
	TO-220
8	IRGB4060D-PBF
	TO-220
10	IRGB4064D-PBF TO-220	IRGB10B60KD IRGB15B60KD IRGP20B60PD	IRG4BC30SD IRG4BC30FD IRG4BC30MD IRG4BC30UD IRG4BC30KD IRG4PC40UD IRG4PC40W
12	IRGB4056D-PBF TO-220
18	IRGB4061D-PBF TO-220
24	IRGB4062D-PBF TO-220	IRGP35B60PD	IRG4PC40UD IRG4PC50UD IRG4PC50W IRG4PC40WD
48	IRGB4063D-PBF TO-220	IRGP35B60PD IRGP50B60PD	IRG4PC50UD IRG4PC60

 

Сравнение параметров IGBT-транзисторов 6-го поколения IR с аналогичными Trench IGBT-транзисторами Infineon и Toshiba показало, что по комплексу качеств они не уступают конкурентам, а по отдельным характеристикам даже превосходят их.

Однако следует признать тот факт, что по некоторым параметрам IGBT-транзисторы Infineon сохранили превосходство над транзисторами IR. Проверка по методике International Rectifier показала, что напряжение U_ce в открытом состоянии для отдельных типов транзисторов Trench IGBT фирмы Infineon меньше на 30%, чем у аналогичных по мощности транзисторов IR. Быстродействие транзисторов IR оказалось немного хуже, чем у транзисторов Infineon, но намного лучше, чем у Trench IGBT фирмы Toshiba.

Таблица 4. Сравнение ключевых параметров IGBT-транзисторов по технологии Trench от разных производителей

	FGA25N120FTD Fairchild	IKW25N120T2 Infineon	IRG7Ph52UDPBF IR
Technology	FS Trench
Vce(on) (10 A), В	1,5	1,5	1,40
Vce(on) (20 A), В	1,8	1,8	1,75
Eoff (10 A, 600 В), мкДж	700	800	550
Eoff (20 A, 600 В), мкДж	1150	1700	950
Rth(j-c), °C/Вт	0,4	0,43	0,38

В настоящее время фирма Infineon является лидером в разработке IGBT-технологий, и проигрыш International Rectifier носит скорее временный характер. В планах разработчиков в ближайшее время достичь уровня Uсе и обеспечить быстродействие не хуже, чем у Infineon. В таблице 5 приведены аналоги транзисторов IR и Infineon для выбора альтернативной замены.

Таблица 5. Аналоги транзисторов Infineon и IR

Транзисторы Infineon	Транзисторы IR	Близость аналогов	Корпус
SKP04N60, IKP04N60T	IRGB4059TRPPBF	Прямая замена	ТО-220
SKP06N60, IKP06N60T	IRGB4045TRPPBF	Прямая замена	ТО-220
IKA10N60T	IRGB4060TRPPBF	–	ТО-220
SKP10N60, IKA10N60T	IRGB4064TRPPBF	Близкая замена	ТО-220
IKW50N60	IRGB4063TRPPBF	Близкая замена	ТО-247

 

1200-вольтовые Trench IGBT

Первые члены этого модельного ряда транзисторов были представлены на рынке в начале 2009 г. В таблице 6 приведены параметры линейки IGBT-транзисторов IR с рабочим напряжением 1200 В.

Таблица 6. Параметры транзисторов 1200 В IGBT по технологии Trench-FS

Тип	Vce(on), В	Ic (100 °C), А	Tsc, мкс	Частота, КГц	Исполнение Co-Pack/Single switch	Корпус
IRG7Ph40K10D	2,2	10	10	4–20	Встроенный диод	TO-247
IRG7Ph40K10	2,2	10	10	4–20	Только ключ	TO-247
IRG7PSH73K10	2,2	90	10		Только ключ	TO-247
IRG7Ph45UD	1,9	20	0		Встроенный диод	TO-247
IRG7Ph52UD	1,8	30	0	5–40	Встроенный диод	TO-247
IRG7Ph56UD	1,8	40	0		Встроенный диод	TO-247
IRG7PSH50UD	1,8	50	0		Встроенный диод	Super TO-247

 

Области применения 600 и 1200 В IGBT-транзисторов 6-го поколения

Применение Trench IGBT-транзисторов позволяет повысить эффективность работы силовых модулей в различных приложениях. Области применения Trench IGBT:

• АС/DC, DC/AC-преобразователи;
• инверторы солнечных батарей;
• системы индукционного нагрева;
• преобразователи напряжений в гибридных автомобилях;
• электропривод в стиральных машинах;
• электронный балласт в модуле управления ксеноновым светом автомобильных фар;
• управление компрессором холодильника;
• формирователь высокого напряжения в микроволновых печах;
• электропривод компрессоров кондиционера;
• инверторы сварочных аппаратов.

В таблице 7 приведены требования, предъявляемые к параметрам IGBT-транзисторов для различных приложений.

Таблица 7. Требования к параметрам IGBT-транзисторов для различных секторов применения

Область применения	Сектора	Напряжение питания, В	Напряжение в преобразователях Sw, В	Частота, КГц	Низкое Vce	Малые дин. потери Ets	Tsc, мкс	Поколение IGBT
Электроприводы	Промышленный сектор	240	600	4–16			10	5; 6.2; 6.2i
		480	1200				10	5; 6.7K
	Бытовой сектор	110	330	3	да		2	6
		230	600					6.2; 6.8; 4F
	Гибридные автомобили	240	600	20	да		6
		480	1200				6	6.8
Корректоры мощности (PFC)			600	20, 40, 80		да	–	5W; 6.2
			900	20, 40		да	–	4W; 6.7U
Источники бесперебойного питания (UPS)		230	600				–	6.2
		480	900				–	6.7U
Сварочные инверторы			600	20		да	–	5; 6.2
			600	100	да		–	4S
			1200	20		да	–	5; 6.7U
			1200	100	да		–	4S
Инверторы солнечных батарей			600	20		да	–	5, 6.2
			600	50/60	да		–	4S
			1200	20		да	–	5; 6.7
			1200	50/60	да		–	4S
Индукционный нагрев			600	>20	да		–	6.2
			1200	>20	да		–	6.7U
Драйверы плазменных панелей			330	>20	да	да	–	6.0; 6.5
			600	>20	да	да	–	6.5
Управление освещением	Электронный балласт для ксенонового автосвета	12	600	<400	да		–	4S; 6.8S
Источники питания	Мостового типа	400	600	>20		да	–	5; 6.2
		800	1200	>20		да	–	5; 6.3

Ниже будут более подробно рассмотрены примеры использования Trench IGBT, обеспечивающие эффективность готового устройства.

Инвертор 220 В для солнечных батарей

В настоящее время солнечные батареи нашли активное применение как источник электроэнергии, объемы их продаж год от года неуклонно растут. Солнечные батареи образованы из модулей солнечных фотоэлементов, обеспечивающих напряжение от 12 до 100 В и рабочие токи до нескольких десятков ампер. В промышленных применениях (например, опреснители морской воды) используются солнечные батареи с выходным напряжением от 24 до 100 В и мощностью в несколько киловатт. Схема преобразования солнечной энергии такова: солнечная батарея—буферный аккумулятор—инвертор (DC/AC-конвертор) 220/380 В—промышленная установка, питающаяся от сети 220/380 В. На рис. 7 показана структура DC/AC-инвертора для солнечных батарей.

Рис. 7. Структура инвертора для питания от солнечных батарей

А на рис. 8 приведен конкретный пример реализации инвертора мощностью 500 Вт с использованием силовых элементов IR, в том числе и Trench IGBT-транзисторов 6-го поколения, обеспечивающих более высокую эффективность преобразования солнечной энергии.

Рис. 8. Инвертор для солнечной батареи мощностью 500 Вт

В схеме используются микросхемы и дискретные транзисторы IR:

• 600 В Trench IGBT-транзистор IRGB4056DPBF;
• 100 В DirectFET транзисторы, IRF6644;
• генератор для управления мостовой схемой IR2086S;
• 600 В микросхема полумостового драйвера IRS2184S.

Для синтеза 50 Гц используется частота ШИМ 20 кГц.

На рис. 9 показана демо-плата инвертора, собранного по данной схеме. Размер платы около 100×40 мм.

Рис. 9. Демо-плата 500 Вт 220 В инвертора для солнечной батареи

Управление электроприводом

На рис. 10 показана типовая схема управления асинхронным электродвигателем. Модуль управления может быть использован в стиральных машинах, компрессорах холодильников или кондиционеров. В качестве силовых ключей в схеме используются Trench IGBT-транзисторы.

Рис 10. Типовая схема интеллектуального привода для асинхронного двигателя мощностью от 250 Вт до 2 кВт

Драйверы плазменных матричных панелей

Для управления поджигом и гашением разряда в пикселях матричной плазменной панели требуется формирование высоковольтных сигналов сложной формы. IGBT-транзисторы идеально подходят в качестве ключевых элементов для реализации гибридных многовыходных драйверов в плазменной панели. Матричная система пикселей плазменной панели с точки зрения управления представляет собой емкостную нагрузку. Ключевые приборы для таких устройств должны быстро включаться, обеспечивать высокие импульсные токи и иметь низкое падение напряжения в открытом состоянии.

На рис. 11 показана структура плазменной панели.

Рис. 11. Структура плазменной панели

На рис. 12 показана схема управления пикселем плазменной панели.

Рис. 12. Схема управления одним пикселем в плазменной панели на базе IGBT-ключей

Схема обеспечивает синтез сигналов сложной формы с большим диапазоном напряжений (от -150 до +400 В) и импульсных токов.

 

Заключение

В первую очередь транзисторы Trench IGBT могут использоваться в качестве альтернативной замены аналогичных приборов, ранее разработанных компанией International Rectifier, обеспечивая увеличение эффективности преобразования энергии и снижение цены готового устройства.

Транзисторы Trench IGBT могут с успехом заменять все равноценные по мощности типы транзисторов 4-го и 5-го поколений IGBT, если только значение параметра SCSOA спецификации — 5 uS окажется приемлемым для данных применений. Во всех случаях при замене будет обеспечена лучшая эффективность преобразования, а также большая плотность мощности. Транзисторы 6-го поколения IGBT IR могут использоваться и в качестве недорогой альтернативы аналогичным приборам, выпускаемым другими производителями. Поколение Trench IGBT позволяет сбалансировать потери на переключениях и проводимости и использовать биполярные транзисторы с изолированным затвором в области высоких частот вместо полевых МОП-транзисторов, одновременно обеспечивая высокий КПД. Преимущества IGBT-транзисторов 6-го поколения позволят им потеснить, а по мере совершенствования технологии IGBT и вовсе заменить полевые МОП-транзисторы в импульсных источниках питания.

Литература

1. Транзисторы Trench IGBT шестого поколения. Башкиров В. // Новости электроники. 2007. № 7.
2. Силовые IGBT-модули Infineon Technologies. Анатолий Б. // Силовая электроника. 2008. № 2.
3. IGBT или MOSFET? Проблема выбора. Евгений Д. // Электронные компоненты. 2000. № 1.
4. Выбор ключевых транзисторов для преобразователей с жестким переключением. Александр П. // Современная электроника. 2004. № 4.
5. Транзисторы IGBT. Новинки от компании International Rectifier. Волошанская Е. // Электроника: НТБ. 2005. № 5.
6. AC TIG Welding: Output Inverter Design Basics. Roccaro A., Filippo R., Salato M. Application Notes AN-1045
7. IGBT Characteristics. Application Note AN-983.

Мощные и эффективные IGBT седьмого поколения от IR

IGBT-транзисторы применяются в высоковольтных приборах, таких как сварочные аппараты, корректоры коэффициента мощности, инверторы, драйверы электромоторов. Компания International Rectifier (IR), один из ведущих разработчиков и производителей силовых полупроводниковых компонентов, предлагает новое (седьмое — G7/Gen7) поколение IGBT-транзисторов [1].

Основной особенностью IGBT-транзисторов является линейная зависимость потерь проводимости от тока, в отличие от MOSFET, имеющих квадратичную форму зависимости. Поэтому IGBT предпочтительнее применять в мощных высоковольтных приборах, что демонстрируют графики, приведенные на рис. 1. Уменьшению потерь проводимости в IGBT способствует также снижение значений параметра V_ce(on), являющегося эквивалентом сопротивления канала MOSFET, с увеличением тока, протекающего через транзистор [2].

Рис. 1. Зависимость потерь проводимости от тока для MOSFET и IGBT

Здесь следует заметить, что IGBT-транзисторы являются низкочастотными приборами и проигрывают MOSFET по быстродействию. В отличие от MOSFET, способных работать на частоте в несколько мегагерц, рабочая частота IGBT не превышает 150 кГц (некоторые модели способны работать на частоте до 200 кГц.) На рис. 2 видно, что на частоте менее 10 кГц IGBT обеспечивает более высокий рабочий ток, чем MOSFET, при том же размере кристалла. Обычно IGBT имеют более высокую производительность при напряжении выше 300 В.

Рис. 2. График зависимости рабочего тока от частоты для IGBT и MOSFET

В настоящее время IR выпускает IGBT-транзисторы на базе различных технологий, представленных на рис. 3. Использование передовых технологий производства позволяет добиться высокого качества и требуемого соотношения основных параметров транзисторов, что определяет их области применения. С каждым новым поколением улучшаются характеристики компонентов, уменьшается время переключения транзистора и потери на проводимость. Переход от компонентов поколения G4, изготавливаемых по планарной PT-технологии (punch-through), к компонентам G5, изготавливаемым по NPT-технологии (non-punch-through), сопровождается 55%-ным уменьшением потерь на переключение (параметр E_ts) и увеличением потерь проводимости до 1,5 раза. Таким образом, транзисторы G5 больше подходят для применения в схемах с более высокой рабочей частотой, чем G4, но менее пригодны в приложениях, где потери проводимости являются решающим фактором.

Рис. 3. Поколения технологий IGBT-транзисторов IR

Все последующие поколения IGBT-транзисторов не являются планарными и выполняются по Trench-технологии, при которой затвор транзистора формируется в специальной протравленной канавке. Новые технологии FS (Field Stop) Trench (поколение 6, G6) и Epi-Trench (поколение 7, G7) позволили создать IGBT, которые совмещают в себе достоинства предыдущих моделей и обладают низким значением E_ts без увеличения потерь проводимости. Кроме того, падение рабочего тока транзистора с увеличением рабочей частоты у транзисторов G7 выражено не так сильно, как у приборов предыдущих поколений или у IGBT-транзисторов других производителей.

 

Новое поколение — Gen7

Компания IR постоянно совершенствует IGBT, не только улучшая характеристики кристаллов, но и внедряя передовые технологии корпусирования транзисторов. Новые IGBT изготовлены на основе ультратонких пластин по технологии FS Trench. Совмещенные в одном корпусе с антипараллельным диодом, который имеет мягкий режим восстановления и низкое значение заряда обратного восстановления (Q_rr), и обладающие широкой (>10 мкс) зоной безопасной работы в режиме короткого замыкания, эти транзисторы подходят для работы в жестких промышленных условиях. Новое семейство IGBT перекрывает рабочий диапазон токов от 10 до 130 А.

Дополнительные достоинства транзисторов этого семейства — высокая максимальная рабочая температура p-n-перехода (+150 °C) и положительная температурная зависимость параметра V_ce(on), что облегчает их применение при параллельном включении. Все это позволяет снизить рассеиваемую мощность и достигнуть высокой плотности выходной мощности.

Транзисторы выпускаются в стандартных корпусах TO-247, корпусах TO-247 с удлиненными выводами (TO-247AD long lead), а также в мощном корпусе Super-247 (TO-274).

Основными областями применения IGBT-транзисторов седьмого поколения являются

корректоры коэффициента мощности, инверторы, драйверы моторов и сварочные аппараты. В таблице 1 показаны представители седьмого поколения IGBT IR. В настоящее время IGBT Gen7 рассчитаны только на напряжение 1200 В. Все транзисторы этой категории являются ультрабыстрыми.

Таблица 1. Линейка IGBT-транзисторов Gen7 от IR

Наименование	Конфигурация	Ic, А (100 °С)	Vce-on, В (тип.)	Частота, кГц	Tsc, мкс	Ets, мДж (тип.)	Vf, В (тип.)	Корпус
IRG7Ph40K10	Дискретный транзистор	23	2,05	8–30	10	0,91	—	ТО-247
IRG7Ph45U		35	1,9		0	1,68
IRG7Ph52U		60	1,7			3,29
IRG7Ph56U		75	1,7			4,45
IRG7PH50U		90	1,7			5,8
IRG7PSH73K10		130	2		10	12,3		ТО-274
IRG7Ph38UD1	Транзистор со встроенным диодом	18	1,9		0	0,9	1,15	ТО-247
IRG7Ph40K10D		16	2,05		10	0,91	2
IRG7Ph45UD		25	1,9		0	1,68	2,8
IRG7Ph45UD1		25	1,9				1,15
IRG7Ph47K10D		25	1,9		10	1,6	2,4
IRG7Ph52UD		40	1,7		0	3,29	2
IRG7Ph52UD1		45	1,7				1,15
IRG7Ph52UD2		30	1,69				1,08
IRG7Ph54K10D		40	1,9		10	3,4	2,4
IRG7Ph56UD		57	1,7		0	4,45	3,1
IRG7PH50K10D		50	1,9		10	4,2	2,4
IRG7PSH50UD		70	1,7		0	5,8	3	ТО-274
IRG7PSH54K10D		75	1,9		10	11,5	2,1

Компоненты с маркировкой К10 подходят для управления электроприводом. Индекс «К» означает способность транзистора сохранять работоспособность при коротком замыкании (Sort Circuit Safe Operation Area, SCSOA). Этот термин введен компанией IR для транзисторов, которые имеют дополнительную защиту против короткого замыкания. Это свойство очень полезно при работе транзисторов на удаленную индуктивную нагрузку (электродвигатель). В этих условиях длинные линии подвержены воздействию внешних помех, а случайные механические повреждения могут привести к короткому замыканию выводов транзистора.

Самым мощным представителем этих транзисторов является IRG7PSH73K10. Этот компонент имеет широкую область безопасной работы в режиме короткого замыкания, что позволяет ему выдерживать ток КЗ без разрушения кремниевой структуры и ухудшения рабочих характеристик в течение 10 мкс и обеспечивает рабочий ток до 130 А при T_c = 100 °С. Совокупность указанных параметров делает чрезвычайно эффективным применение этого транзистора в системах управления мощными двигателями, индукционных печах, сварочных аппаратах и других высоковольтных инверторах [3].

 

Скоростные характеристики транзисторов Gen7

Как было отмечено выше, IGBT-транзисторы являются низкочастотными полупроводниковыми приборами с рабочей частотой до 200 кГц. Повышение рабочей частоты приводит к увеличению динамических потерь в транзисторе, что обусловлено энергией переключения транзистора, то есть энергией, которую необходимо передать транзистору для обеспечения его полноценного открытия или закрытия. Этот процесс поясняет рис. 4.

Рис. 4. Осциллограммы потерь на переключение у различных IGBT

Потери на переключение транзистора определяются площадью заштрихованной фигуры, которая получается за счет пересечения эпюры тока (I_ce), протекающего через транзистор, с эпюрой напряжения коллектор-эмиттер (V_ce). На осциллограммах видно, что в зависимости от области применения IGBT можно подобрать компоненты с оптимальными частотными характеристиками и свести к минимуму потери на переключение. Здесь нужно учитывать, что при уменьшении потерь на переключение возрастают потери проводимости. Все это приводит к тому, что IGBT-транзисторы, в отличие от MOSFET, имеют строгую классификацию по динамическим характеристикам. Пример подобной классификации, применяемой компанией International Rectifier для своих IGBT-транзисторов, представлен в таблице 2.

Таблица 2. Классификация транзисторов IGBT IR по быстродействию

Тип	Fsw, кГц	Vce(on), В	Ets, мДж
S — Standard (стандарт)	<1	1,2	6,95
F — Fast (быстрые)	1-8	1,4	2,96
U — Ultrafast (ультрабыстрые)	8-30	1,7	1,1
W — Warp (сверхбыстрые)	>30	2,05	0,34

Транзисторы, произведенные по технологиям Trench и Field-Stop, имеют очень низкие статические потери и быстрые кристаллы со скоростью переключения до 150 кГц при рабочем токе более 100 А.

Для маркировки транзисторов седьмого поколения компания IR разработала удобную и эффективную систему присвоения наименования (Part Number System), представленную на рис. 5.

Рис. 5. Система обозначений для транзисторов Gen 7 IR

Маркировка «К» при обозначении скорости транзистора означает не максимальную скорость коммутации транзистора, а указывает на наличие SCSOA-области работы транзистора, гарантирующей сохранение его работоспособности при коротком замыкании. Скоростные характеристики таких транзисторов соответствуют классу Ultrafast (ультрабыстрые).

 

Заключение

IGBT-транзисторы седьмого поколения компании International Rectifier предназначены для различных электрических схем промышленного и бытового назначения.

Высокие технические характеристики и надежность дополняет привлекательная цена, что, естественно, должно склонять разработчиков к выбору этих транзисторов. Также нужно учитывать, что малое падение напряжения на транзисторе в открытом состоянии позволяет рекомендовать их в качестве наиболее эффективных решений для приложений, где потери на проводимость являются весомым фактором.

При проектировании нового поколения транзисторов International Rectifier был учтен опыт других производителей. Перед разработчиками компании стояла цель: создать конкурентоспособную продукцию. Поэтому новые компоненты найдут свое применение при модернизации уже существующих приборов: ими можно заменить аналогичные транзисторы других производителей.

IGBT транзисторы. Справочник. Характеристики и параметры.

Отечественные производители IGBT (БТИЗ) транзисторов IGBT справочник составлен из транзисторов, входящих в прайсы интернет-магазинов. Кроме того, приведены близкие по параметрам MOSFET транзисторы, которые могут составить конкуренцию IGBT (а где-то и лучше, если главным параметром становится быстродействие). IGBT транзисторы на напряжение до 600В   IGBT транзисторы на напряжение до 1200В   IGBT транзисторы частотой 1-5 кГц   IGBT транзисторы с максимальной частотой до 20кГц   Высокочастотные IGBT транзисторы   IGBT транзисторы Без диода   CoPack IGBT транзисторы С диодом   Показать все
Основные характеристики IGBT.
IGBT	MOSFET	PDF	Imax, A/ Uce(on),В	Корпус	Примечание
Указан максимальный допустимый постоянный ток при Ткорп=100ºС и типичное падение напряжения при этом токе и Тj=150ºС
1. IGBT транзисторы на напряжение до 600В
IRG4IBC20UD			6.0/1.87	ТО-220F	UFAST, диод, изолир корп	справочные данные на IGBT транзистор в изолированном корпусе IRG4IBC20UD
IRG4IBC20KD			6.3/2.05	ТО-220F	FAST,диод,КЗ уст, изолир крп
IRG4BC20UD	IRF840		6.5/1.87	ТО-220	UFAST, диод	IGBT и MOSFET транзисторы, аналогичные по характеристикам
IRG4BC20W			6.5/2.05	ТО-220	FAST	ультрабыстрый IGBT транзистор IRG4BC20W, справочные данные
IRG4BC15UD	SPP11N60		7.8/2.21	ТО-220	UFAST, диод	IGBT и MOSFET транзисторы
IRG4IBC30UD	SPP17N80		8.9/1.90	ТО-220F	UFAST, диод, изолир корп	IGBT и MOSFET транзисторы, близкие по характеристикам
IRG4BC30W-S			12/1.95	D2pak	UFAST	IGBT транзистор IRG4BC30W для корректоров мощности, справочные данные
IRGS10B60KD			12/2.20	D2pak	диод, КЗ уст	IGBT транзистор с диодом IRGS10B60KD, характеристики
IRG4RC20F			12/2.04	D2pak		IGBT транзистор для поверхностного монтажа IRG4RC20F
IRG4BC30U IRG4PC30U			12/2.09	ТО-220 TO-247	UFAST	ультрабыстрые IGBT транзисторы IRG4BC30U и IRG4PC30U,, справочные данные
HGTP12N60C3			12/1.85	ТО-220	КЗ уст	IGBT транзистор HGTP12N60C3, справочные данные
HGTP12N60C3D			12/1.85	ТО-220	диод, КЗ уст	IGBT транзистор с антипараллельным диодом HGTP12N60C3, справочные данные
IRG4BC30W IRG4PC30W	SPP20N60 SPW20N60		12/1.95	TO-220 ТО-247	UFAST	IGBT транзисторы для корректоров мощности IRG4PC30W и близкие по характеристикам MOSFET транзисторы
IRG4BC30UD IRG4PC30UD	BUZ30A IRFP460		12/2.09	TO-220 ТО-247	UFAST, диод	ультрабыстрый IGBT транзистор с диодом IRG4PC30UD, характеристики и близкие MOSFET аналоги
HGTG12N60B3			12/1.70	ТО-247	FAST	HGTG12N60B3 — ультрабыстрый IGBT транзистор, характеристики
HGTG12N60C3D			12/1.85	ТО-247	диод, КЗ уст	HGTG12N60C3 — IGBT транзистор с диодом, параметры
SKP15N60	IRFP360 IRFP22N60		15/2.30	ТО-220	UFAST,диод,КЗ уст	SKP15N60 — ультрабыстрый IGBT транзистор с диодом в корпусе TO-220, характеристики и близкие MOSFET аналоги
IRG4BC30K-S IRG4BC30K			16/2.36	D2Pak TO-220	FAST,КЗ уст	IRG4BC30K-S и IRG4BC30K — IGBT транзисторы, оптимизированные под управление электродвигателями
IRG4BC30KD-S IRG4BC30KD IRG4PC30KD	IRFP27N60		16/2.36	D2Pak TO-220 TO-247	FAST,диод,КЗ уст	ультрабыстрые IGBT транзисторы IRG4BC30KD-S, IRG4BC30KD, IRG4PC30KD, справочные данные, MOSFET транзистор IRFP27N60
IRG4BC30FD-S IRG4PC30FD			17/1.70	D2Pak TO-247	+ диод	IGBT транзисторы IRG4BC30FD и IRG4PC30FD с низким падением напряжения, справочные данные
IRG4BC30F			17/1.70	ТО-220		IGBT транзистор IRG4BC30F с низки падением напряжения
IRG4PC30S			18/1.45	ТО-247		IGBT транзистор IRG4PC30S с низким падением напряжения
IRGS8B60K			19/2.70	D2pak	КЗ уст	IGBT транзистор IRGS8B60K, справочные данные
IRG4BC40U IRG4PC40U	IRFP27N60		20/1.70	ТО-220 TO-247	UFAST	характеристики IGBT транзисторов IRG4BC40U и IRG4PC40U, MOSFET транзистор IRFP27N60 с аналогичными параметрами
IRG4PC40UD	IRFP31N50 IRFP27N60		20/1.70	ТО-247	UFAST, диод	IGBT и MOSFET транзисторы, близкие по характеристикам
IRG4BC40W IRG4PC40W			20/1.90	ТО-220 TO-247	UFAST	IGBT транзисторы для PFC IRG4BC40W и IRG4PC40W
HGTG20N60B3			20/2.10	ТО-247	FAST, КЗ уст	ультрабыстрый IGBT транзистор HGTG20N60B3, характеристики
HGTG20N60B3D			20/2.10	ТО-247	FAST,диод,КЗ уст	IGBT с антипараллельным диодом HGTG20N60B3D, справочные данные
IRGB20B60PD1 IRGB20B60PD			22/3.30	ТО-20 TO-247	UFAST, диод	ультрабыстрый IGBT транзистор IRGB20B60PD с диодом
IRGP4062D	IRFPS40N60		24/2.03	ТО247	UFAST,диод,КЗ уст	ультрабыстрый IGBT и MOSFET транзисторы IRGB20B60PD и IRFPS40N60, характеристики
IRG4PC40K			25/2.14	ТО-247	FAST, КЗ уст	быстрый IGBT транзистор IRG4PC40K на ток до 25А
IRG4PC40KD			25/2.14	ТО-27	FAST, диод, КЗ уст	IGBT с диодом IRG4PC40KD
IRG4BC40F IRG4PC40F			27/1.6	ТО-220 TO-247		IGBT с низким падением напряжения IRG4PC40F, среднечастотного диапазона
IRG4PC40FD			27/.56	ТО-247	+диод
IRG4PC50UD	IRFPS40N50		27/1.60	ТО-247	UFAST, диод	ультрабыстрый IGBT транзистор с диодом IRG4PC50UD, справочные данные
IRG4PC50W			27/1.71	ТО-247	UFAST	IGBT и MOSFET транзисторы IRG4PC50W и IRFPS40N50, справочные данные
SGP30N60			30/2.50	ТO-220	FAST, КЗ уст	IGBT транзистор SGP30N60, устойчивый к короткому замыканию
SGW30N60			30/2.50	ТО-247	FAST, КЗ уст	IGBT транзистор SGW30N60, характеристики и параметры
IRG4PC50K			30/1.84	ТО-247	FAST, КЗ уст.	igbt IRG4PC50K на ток до 30А
IRG4PC50KD			30/1.84	ТО-247	FAST,диод,КЗ уст.	igbt транзистор IRG4PC50KD с диодом, на ток до 30А
IRGP35B60PD			34/3.00	ТО-247	UFAST, диод	ультрабыстрый igbt с диодом IRGP35B60PD, характеристики
IRG4PC50F			39/1.53	ТО-247		мощный медленный, но зато с низким падением напряжения igbt IRG4PC50F
IRG4PC50FD			39/1.53	ТО-247	+диод	мощный igbt транзистор с диодом IRG4PC50FD
HGTG40N60B3	IPW60R045		40/1.50	ТО-247	FAST, КЗ уст	Ультрабыстрые IGBT транзисторы HGTG40N60B3, справочные данные
IRG4PC50S			41/1.28	ТО-247		мощные IGBT транзисторы IRG4PC50S, параметры
IRGP50B60PD1			45/3.10	ТО-247	UFAST,диод	мощный ультрабыстрый IGBT транзистор с диодом IRGP50B60PD, характеристики
IRGP4063D			48/2.05	ТО-247	UFAST,диод,КЗ уст	мощный IGBT IRGP4063D — транзистор, устойчивый к короткому замыканию
IRGP4068D			48/2.05	ТО-247	UFAST,диод,КЗ уст	мощный IGBT транзистор, устойчивый к короткому замыканию IRGP4068D
IRGS30B60K IRGB30B60K			50/2.60	D2pak ТО-220	КЗ уст.	мощные IGBT транзисторы IRGS30B60K и IRGB30B60K
SGW50N60			50/3.15	ТО-247	FAST, КЗ уст	мощный быстрый IGBT транзистор SGW50N60, устойчивый к короткому замыканию
IRG4PSC71K			60/1.81	S-247	FAST,КЗ уст	мощный быстрый IGBT транзистор IRG4PSC71K, устойчивый к короткому замыканию
IRG4PSC71KD			60/1.81	S-247	FAST,диод,КЗ уст	мощный быстрый IGBT транзистор IRG4PSC71KD, с диодом, устойчивый к короткому замыканию
IRG4PSC71U			60/1.71	S-247	UFAST	мощный ультрабыстрый IGBT транзистор IRG4PSC71U
IRG4PSC71UD	IRFP4668		60/1.71	S-247	UFAST, диод	мощный ультрабыстрый IGBT транзистор с диодом IRG4PSC71UD и MOSFET транзистор IRFP4668
IXGH60N60C2			60/1.80	TO-247	UFAST	мощный ультрабыстрый IGBT транзистор IXGH60N60C2 и близкий по току MOSFET
2. IGBT транзисторы на напряжение до 1200В
SGP02N120			2.8/3.70	ТО-220	FAST, КЗ уст	igbt 1200v, 2.8A
IRG4Ph30K	IRFPG50		5.0/2.84	О-247	КЗ уст	igbt на ток до 5А
IRG4Bh30K-S			5.0/2.84	2Pak	КЗ уст	igbt на напряжение до 1200В
SGP07N120			8.0/3.70	ТО-220	FAST, КЗ уст	ультрабыстрый igbt, напряжение до 1200В
IRG4Ph40K			10/3.01	ТО-247	FAST, КЗ уст	ультрабыстрый igbt транзистор, напряжение до 1200В
IRG4Ph40KD			10/3.01	ТО-247	FAST, диод,КЗ уст	ультрабыстрый igbt с диодом, ток до 10А
IRG4Ph50KD			15/2.53	ТО-247	FAST, диод,КЗ уст	igbt с диодом, ток до 15А
BUP203			15/4.00	ТО-220	FAST, 1000В	IGBT транзистор BUP203, характеристики
SKW15N120			15/3.70	ТО-247	FAST,диод,КЗ уст	igbt с диодом, ток до 10А
IRG7Ph40K10D			16/2.60	ТО-247	FAST,диод,КЗ уст.	ультрабыстрый IGBT транзистор IRG7Ph40K10D, справочные данные
BUP314S			17/4.60	ТО-21	FAST	igbt, ток до 17А
IRGPh50F			17/3.00	ТО247		транзистор igbt, напряжение до 1200В
BUP213			20/3.60	ТО-220	FAST	транзистор igbt, ток до 20А
IRGP20B120U-E			20/3.89	ТО-247	UFAST, КЗ ст.	транзистор igbt, напряжение до 1200В
IRGP20B120UD-E			20/3.89	ТО-247	UFAST,диод,КЗ ут.	транзистор igbt, ток до 20А
IRG4Ph50U			21/2.47	ТО-247	UFAST	транзистор igbt, ток до 21А
IRG4Ph50UD			21/2.47	ТО-247	UFAST, диод	высоковольтный транзистор igbt, ток до 21А
IRG7Ph40K10	IPW90R120		23/4.00	ТО-247	КЗ уст.	IGBT транзистор IRG7Ph40K10, подробные характеристики
IRG4PH50KD			24/2.54	ТО-247	FAST, диод,КЗ ус
IRG4PH50U			24/2.54	ТО-247	UFAST
IRG4PH50UD			24/2.54	ТО-247	UFAST, диод
SGW25N120			25/3.70	ТО-247	FAST, КЗ уст
SKW25N120			25/3.70	ТО-247	FAST,диод,КЗ уст
IRG4PF50W			28/2.12	ТО-247	UFAST, 900В
IRG4PF50WD			28/2.12	ТО-247	UFAST, диод, 900В
IRGP30B120KD			30/2.98	ТО-247	FAST,диод,КЗ уст.
BUP314			33/3.80	ТО-218	FAST
BUP314D			33/3.80	ТО-218	UFAST, диод	IGBT транзистор с диодом BUP314D , справочные данные
HGTG27N120B			34/3.90	ТО-247	FAST, КЗ уст
IRGPS40B120U			40/3.88	S-247	UFAST, КЗ уст	мощный ультрабыстрый высоковольтный IGBT IRGPS40B120U
IRG4PSH71K			42/2.60	S-247	FAST, КЗ уст	мощный быстрый высоковольтный IGBT транзистор IRG4PSH71K
IRG4PSH71KD			42/2.60	S-247	FAST,диод,КЗ уст	мощный быстрый высоковольтный IGBT транзистор с диодом IRG4PSH71KD
IRG4PSH71U			50/2.40	S-247	UFAST	мощный ультрабыстрый высоковольтный IGBT транзистор IRG4PSH71U
IRG4PSH71UD			50/2.25	S-247	UFAST, диод
IRG7Ph52U			60/3.10	ТО-247	UFAST	мощный ультрабыстрый высоковольтный IGBT транзистор IRG7Ph52U, характеристики
IRGPS60B120KD			60/3.04	S-247	FAST,диод, КЗ уст	мощный IGBT транзистор с диодом IRGPS60B120KD
IRG7PSH73K10			75/2.60	S-247	FAST,КЗ уст	мощный устойчивый к короткому замыканию IGBT транзистор IRG7PSH73K10
						На главную

FGh50N60SFD — мощный IGBT транзистор (600В, 40А, TO-247)

ВНИМАНИЕ: отпускные (оптовые) цены на дискретные элементы резко поднялись на более чем 40%. 

     Пожалуй самые популярные мощные IGBT транзисторы FGh50N60SFD производства фирмы ON Semiconductor (до 2017 года Fairchild). Применяются в широком спектре силового оборудования: инверторные сварочные аппараты, выпрямители, стабилизаторы, мощные блоки питания и зарядные устройства.

     Современная отрасль силовой аппаратуры развивается по нескольким направлениям, основой для которых являются технологии ключевой схемотехники. Современные технические решения должны быть рассчитаны на уровни напряжений не менее 600 вольт при токах коммутации в районе нескольких десятков ампер. При этом необходимо учитывать высокую частоту переключений, что позволяет уменьшить размеры трансформаторов. Также ключевым требованием является стойкость к короткому замыканию.

     Благодаря совмещению структуры биполярного и полевого транзисторов удалось получить своего рода гибрид — Биполярный Транзистор с Изолированным Затвором (по английски IGBT). Типовым и востребованным в современной схемотехнике является IGBT транзистор FGh50N60SFD корпусе ТО-247 со встроенным быстродействующим диодом.

Краткие характеристики

• Полное наименование: FGh50N60SFDTU IGBT транзистор
• Максимальное напряжение VCES: 600 Вольт
• Максимальный ток коллектора IC: 40 Ампер при Тс=100°C (80 Ампер при Тс=25°C)
• Максимальная мощность: 116 Ватт Тс=100°C (290 Ватт при Тс=25°C)
• Максимальная температура: 150°C
• Тип корпуса: TO-247A

Подробные характеристики вы можете найти в прилагаемом datasheet на транзисторы FGh50N60SFD последней ревизии (предоставлен компанией ON Semi) — ссылка на документ внизу текущей страницы.

Распиновка и внешний вид

Рис. №2 Назначение выводов БТИЗ транзистора FGh50N60SFD

Рис. №3 Типовые размеры и форма корпуса оригинальных транзисторов FGh50N60SFD

     В связи с поглощением фирмой ON Semiconductor компании Fairchild в продаже встречаются два вида обозначений транзисторов: с буквой » F « — произведенные до 2018 года и с буквами » ON «, произведенные с 2018 года. Внешний вид обоих вариантов представлен на фотографии ниже.

Рис. №4 Сравнение оригинальных IGBT транзисторов FGh50N60SFD, произведенных до и после 2018 года

Гарантии

Закупка IGBT транзисторов FGh50N60SFD производится исключительно в запечатанных заводских упаковках напрямую у производителя в составе крупнооптовых заказов для производственных сборочных линий.

Мы снимаем на видео вскрытие заводских упаковок и выкладываем на нашем канале на youtube (ссылка внизу страницы).

В 2017 годe компания ON Semiconductor выкупила фирму Fairchild, поэтому все новые оригинальные транзисторы, произведенные после 2017 года, имеют на корпусе логотип «ON» (вместо прежней «F»)!

В настоящее время встречается огромное количество подделок на IGBT транзисторы. Оригинальный FGh50N60SFD не может стоить дешевле отпускной оптовой цены производителя — 1.9334$/шт!

Рис. №5 Отпускная оптовая цена на транзисторы FGh50N60SFD на официальном сайте производителя

      Гарантия надежной работы это 100% оригиналы! При рабочей обвязке работоспособность гарантируется! Встречались случаи неоднократного выхода из строя из-за проблем в схеме — пожалуйста, доверьте ремонт устройства профессиональным мастерам!

     Дополнительной гарантией является тот факт, что мы продаем транзисторы FGh50N60SFD в нашем магазине на торговой площадке ebay (ссылки внизу данной страницы), где очень жестко наказывают за продажу некачественного товара. Покупателями оставлены только положительные отзывы.

Рис. №6 Отзывы покупателей IGBT транзисторов FGh50N60SFD в нашем магазине на ebay

Оптовые поставки

Для желающих купить IGBT транзисторы FGh50N60SFD оптом у нас имеются автоматические скидки.

Для представителей промышленности и сервисных центров по ремонту сварочного оборудования мы производим поставки IGBT транзисторов FGh50N60SFD оптом по самым выгодным ценам. Благодаря большим закупкам на протяжении более 10 лет мы вышли на прямые поставки от производителей. Оптовые поставки производятся в составе ежемесячных контейнеров. Окончательные цены обсуждаются индивидуально.

Статистические данные: величина закупленной партии для промышленного заказчика — 13 тыс штук (в 2016 г.) и 4500 шт (в 2017 г.).

Третья закупка произведена в июне 2018 г. (3 коробки по 450 штук в каждой).

Партия от 2019 года — 3 коробки по 450 штук (уже с логотипом «ON» на корпусе).

В 2021 году получена партия 2020 года выпуска в количестве 3 коробок — 1350 штук.

Обращений на подозрение брака: 0 человек

Доставка

     Отправка транзисторов FGh50N60SFD производится в любой город России с доставкой от 2 до 7 рабочих дней для срочных заказов и от 5 до 10 дней для обычных. В нашем магазине имеется специальная отправка для небольших радиокомпонентов общим весом до 100 грамм, поэтому до четырех транзисторов могут быть отправлены заказной бандеролью с трек номером для отслеживания местоположения и стоимостью от 90 руб. Данный вид отправки включает картонную книжку, внутрь которой в герметичном пакете помещаются транзисторы. Вся конструкция помещается в пластиковый пакет Почты России.

Заказы с количеством транзисторов от 10 штук отправляются в распиленных пластиковых рейках, помещенных в толстые картонные коробки. На коробку наклеивается адресный ярлык.

Оптовые заказы транзисторов FGh50N60SFD в количестве от 450 штук (одна заводская коробка) отправляются в промышленной упаковке без вскрытия (заводская пломба не нарушается). По желанию покупателя может быть вскрыто и отправлено фото погрузки (после поступления оплаты). 

Ссылки

Транзистор IGBT-принцип работы, структура, основные характеристики

Силовой транзистор IGBT управляется с помощью напряжения, подаваемого на управляемый электрод-«затвор», который изолирован от силовой цепи. Полное название прибора: биполярный транзистор с изолированным затвором.

Характерная черта для этого транзистора – очень малое значение управляющей мощности, использованной для коммутационных операций существенных токовых значений силовых цепей.

Рис. №1. Эффективность использования технологий на основе мощных IGBT-транзисторов

Преобладающее значение приобрело его использование в цепях силового предназначения для частотных преобразователей, для двигателей переменного тока, мощность, которых может доходить до 1 МВт. По своим вольтамперным характеристикам он считается аналогом биполярному транзистору, однако качественные энергетические показатели и чистота коммутационных действий намного выше, чем качество работы других полупроводниковых элементов.

Постоянно совершенствующиеся технологии позволяют улучшить качественные характеристики транзисторов. Созданы элементы, рассчитанные на большую величину напряжения, выше 3 кВ и большие значения тока до нескольких сотен ампер.

Основные характеристики мощных IGBT-транзисторов

 

• Напряжение управления – это разрешенная проводимость, которая отпирает или запирает прибор.
• Открытое проводящее состояние характеризуется падением напряжения, определяемым пороговым напряжением и внутренним сопротивлением, величина максимально допустимого тока.

Для применения в конструкции регуляторов скорости используются транзисторы, рассчитанные на рабочие частоты в пределах до нескольких десятков килогерц.

Преимущества IGBT транзисторов

• Высокая плотность тока.
• Практически отсутствие потерь статического и динамического типа.
• Отсутствие управляющего тока позволяет не прибегать к использованию гальванически изолированных схем для работы и управления с применением дискретных элементов и предоставляет возможность создания интегральных схем – драйверов.
• Стойкость к воздействию короткого замыкания.
• Относительная простота параллельного соединения.

При разработке схем включения с транзисторами IGBT необходимо обращать внимание на ограничение значения максимального тока. Для этой цели используются следующие методы – это: правильный выбор параметров тока защиты и подбор резистора затвора Rg, а также применение цепей, которые формируют траекторию переключения.

Структура IGBT

Закрытое состояние прибора характеризуется напряжением, приложенным к области n-, она находится между коллектором и эмиттером. Проводящий канал появляется при воздействии на затвор положительно заряженного потенциала в p-области, он обозначается как пунктирная линия. Ток из балласта идет из области n- (с минусом) в область n+. При этом происходит открытие МОП-транзистора, что делает возможным открытие биполярного транзистора с p-n-p перехода транзистора.

Рис. №2. Структура транзистора IGBT.

Эквивалентом структуре транзистора IGBT можно считать схему подключения транзистора, где n-канальный полевой транзистор выполнит роль промежуточного звена (динамического сопротивления), уменьшаемого в открытом состоянии IGBT. Он пропускает через базовую область биполярного транзистора с p-n-p-переходом, при этом происходит уменьшение остаточного напряжения в области n-. Опасность для схемы может представлять так называемый «паразитный биполярный транзистор», он может перейти в открытое состояние, называемое эффектом защелкивания, что влечет потерю управляемости.

Рис. №3. Схема включения транзистора IGBT эквивалентная структуре транзистора.

Применение IGBT-транзистора

Одной из важных сфер использования солового транзистора – это использование в сетях с напряжением 6,5 кВ для создания безопасной и гарантированно надежной работы электроустановок в режиме короткого замыкания.

Для ограничения токов к. з. и приближению их к величине, которая не приведет к повреждениям оборудования. Они выполняют ограничение напряжения на затворе до уровня, не превышающем U = 15,3В. Это достигается с помощью применения следующих мер:

1. Ограничение величины напряжения на затворе с помощью привязки к фиксированному уровню напряжения. Это возможно в том случае, если драйвер затвора обладает источником стабильного напряжения. Основной способ -добавление в схему диода с малым падением напряжения, например, диод Шотки. Высокая эффективность меры достигается снижением индуктивности цепи между клеммами источника и затвора.
2. Ограничение значения напряжения на затворе с помощью присоединения в цепь между эмиттером и затвором — стабилитрона. Эффективность метода достигается максимально приближенным монтажом диодов к вспомогательным клеммам модуля. Для этой цели должны использоваться диоды с очень маленьким температурным дрейфом и разбросом, примером могут служить диоды ограничивающие переходные напряжения (диоды типа: 1,5КЕ6,8Са и 1,5КЕ7,5СА двунаправленные).
3. Включение в схему отрицательной эмиттерной обратной связи. Этот метод возможен после подключения эмиттера драйвера затвора к основным клеммам эмиттера модуля. Эмиттерная связь обратного действия способствует эффективному ограничению напряжения на затворе.

Примеры расчета IGBT-транзистора

Выбор транзистора производится по следующим условиям, например, для преобразователей напряжения с резонансным контуром.

• Транзистор должен переключался при значении нулевого тока.
• Форма токовой синусоиды относительно силовых ключей должна быть аналогична к собственной частоте контура и составляет 100 кГц.
• Амплитуда тока должна соответствовать средней мощности, например, как 40 А к 2000 Вт.
• Определение максимального значения напряжения и максимальной частоты переключения транзисторов при условии, что плечи транзисторов должны работать в противофазе.

Для подбора драйвера IGBT транзистора руководствуются параметрами управления затвора, необходимого для коммутирования отпиранием и запиранием силового полупроводника. Для определения мощности управления нужно знать величину заряда затвора Q gate, частоту коммутации (fin) и реальный замеренный размах напряжения на выходе драйвера ΔVgate

 

Формула заряда затвора:

где время интегрирования должно не превышать время на управление выходных напряжений драйвера до их окончательных показателей, или при достижении выходного токового значения драйвера близкого к нулю.

Выбор максимальной величины тока управления  затвором определяется по упрощенной формуле:

Зависит от осцилляции величины тока на выходе. Если осцилляция тока управления затвором есть, то значение пикового тока должно быть очень большим, а его величина должна определяться исключительно с помощью измерения.

Не менее важны условия учета размаха выходного напряжения. Наихудший случай – это максимальное значение размаха на затворе, измеряется по реально существующей схеме.

Необходим учет максимальной рабочей температуры, руководствуются значением характерным для условия естественной конверсии без использования принудительного охлаждения.

Максимальная частота коммутации, она должна быть максимально-допустимая. На выбор оказывает влияние результирующая выходная мощность и рассеиваемая мощность резистора, используемого в цепи затвора.

Максимальный ток управления зависит от величины пикового тока, который может протекать через реальный контур управления затвором без появления осцилляций.

Проверка мощных IGBT-транзисторов

Проверка силового транзистора возникает при необходимости ревизии сгоревшего транзистора, например, при ремонте сгоревшего сварочного аппарата или с целью подбора пары для устройства, с тем, чтобы убедится, что это не «перемаркер». Проверку осуществляем с помощью мультиметра: прозваниваем вывода коллектора и эмиттера в обоих направлениях, так мы убедимся в отсутствии короткого замыкания. Входную емкость затвор-эмиттер заряжаем отрицательным напряжением. Осуществляется с помощью кратковременного и одновременного прикосновения щупом «СОМ» мультиметра затвора и щупом от гнезда «V/Ω/f» — эмиттера.

Рис. №4. Проверка транзистора IGBT.

Для проверки необходимо убедиться в рабочей функциональности транзистора. Заряжаем емкость на входе затвор-эмитер положительным напряжением. Это можно сделать, коротко прикоснувшись щупом мультиметра «V/Ω/f» — затвора, к щупу«СОМ» — эмиттера. Проверяем напряжение между коллектором и змиттером, оно должно быть не больше 1,5В, меньшая величина напряжения характерна для низковольтных транзисторов. Если напряжения мультиметра не хватает для открытия и проверки транзистора, входная емкость может заряжаться от источника постоянного напряжения со значением до 15 в.

Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта, буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное.

Похожее

принцип работы, разновидности полупроводников, основные параметры силовых компонентов

Биполярные транзисторы с изолированным затвором широко используются в силовой электронике. Это надежные и недорогие компоненты, управляющиеся путем подачи напряжения на изолированный от цепи элемент. IGBT — транзистор, принцип работы которого чрезвычайно прост. Используется он в инверторах, системах управления электроприводами и импульсных источниках питания.

История появления

Первые полевые транзисторы были разработаны в 1973 году, а уже спустя 6 лет появились управляемые биполярные модели, в которых использовался изолированный затвор. По мере совершенствования технологии существенно улучшились показатели экономичности и качества работы таких элементов, а с развитием силовой электроники и автоматических систем управления они получили широкое распространение, встречаясь сегодня практически в каждом электроприборе.

Сегодня используются электронные компоненты второго поколения, которые способны коммутировать электроток в диапазоне до нескольких сотен Ампер. Рабочее напряжение у IGBT — транзисторов колеблется от сотен до тысячи Вольт. Совершенствующие технологии изготовления электротехники позволяют выполнять качественные транзисторы, обеспечивающие стабильную работу электроприборов и блоков питания.

Основные характеристики

Принцип работы транзисторов и их характеристики будут напрямую зависеть от типа устройства и его конструкции. К основным параметрам полупроводников можно отнести следующее:

• Максимально допустимый ток.
• Показатель управляющего напряжения.
• Внутреннее сопротивление.
• Период задержки подключения и выключения.
• Паразитная индуктивность.
• Входная и выходная емкость.
• Напряжение насыщения у эмиттера и коллектора.
• Ток отсечки эмиттера.
• Напряжение пробоя коллектора и эмиттера.

Широкое распространение получили сегодня мощные IGBT транзисторы, которые применяются в блоках питания инверторов. Такие устройства одновременно сочетают мощность, высокую точность работы и минимум паразитной индуктивности. В регуляторах скорости применяются IGBT с частотой в десятки тысяч кГц, что позволяет обеспечить максимально возможную точность работы приборов.

Преимущества и недостатки

Сегодня в продаже можно подобрать различные модели полупроводников, которые будут отличаться своими показателями рабочей частоты, емкостью и рядом других характеристик. Популярность IGBT транзисторов обусловлена их отличными параметрами, характеристиками и многочисленными преимуществами:

• Возможность эксплуатации с высокой мощностью и повышенным напряжением.
• Работа при высокой температуре.
• Минимальные потери тока в открытом виде.
• Устойчивость к короткому замыканию.
• Повышенная плотность.
• Практически полное отсутствие потерь.
• Простая параллельная схема.

К недостаткам IGBT относят их высокую стоимость, что приводит к некоторому увеличению расходов на изготовление электроприборов и мощных блоков питания. При планировании схемы подключения с транзисторами этого типа необходимо учитывать имеющиеся ограничения по показателю максимально допустимого тока. Чтобы решить такие проблемы, можно использовать следующие конструктивные решения:

• Использование обходного пути коммутации.
• Выбор сопротивления затвора.
• Правильный подбор показателей тока защиты.

Электросхемы устройств должны разрабатывать исключительно профессионалы, что позволит обеспечить правильность работы техники, отсутствие коротких замыканий и других проблем с электроприборами. При наличии качественной схемы подключения, реализовать ее не составит труда, выполнив своими руками силовой блок, питание и различные устройства.

Устройство и принцип работы

Внутреннее устройство IGBT транзистора состоит из двух каскадных электронных ключей, которые управляют конечным выходом. В каждом конкретном случае, в зависимости от мощности и других показателей, конструкция прибора может различаться, включая дополнительные затворы и иные элементы, которые улучшают показатели мощности и допустимого напряжения, обеспечивая возможность работы при температурах свыше 100 градусов.

Полупроводники IGBT типа имеют стандартизированную комбинированную структуру и следующие обозначения:

• К — коллектор.
• Э — эмиттер.
• З — затвор.

Принцип работы транзистора чрезвычайно прост. Как только на него подается напряжение положительного потенциала, в затворе и истоке полевого транзистора открывается n-канал, в результате чего происходит движение заряженных электронов. Это возбуждает действие биполярного транзистора, после чего от эмиттера напрямую к коллектору начинает протекать электрический ток.

Основным назначением IGBT транзисторов является их приближение к безопасному значению токов замыкания. Такие токи могут ограничивать напряжение затвора различными методами.

Привязкой к установленному показателю напряжения. Драйвер затвора должен иметь постоянные параметры, что достигается за счёт добавления в схему устройства диода Шоттки. Тем самым обеспечивается уменьшение индуктивности в цепи питания и затвора.

Показатели напряжения ограничиваются за счёт наличия стабилитрона в схеме эмиттера и затвора. Отличная эффективность таких IGBT транзисторов достигается за счёт установки к клеммам модуля дополнительных диодов. Используемые компоненты должны иметь высокую температурную независимость и малый разброс.

В цепь может включаться эмиттер с отрицательной обратной связью. Подобное возможно в тех случаях, когда драйвер затвора подключён к клеммам модуля.

Правильный выбор типа транзистора позволит обеспечить стабильность работы блоков питания и других электроприборов. Только в таком случае можно гарантировать полностью безопасную работу электроустановок при коротких замыканиях и в аварийных режимах эксплуатации техники.

Сфера использования

Сегодня IGBT транзисторы применяются в сетях с показателем напряжения до 6,5 кВт, обеспечивая при этом безопасную и надежную работу электрооборудования. Имеется возможность использования инвертора, частотно регулируемых приводов, сварочных аппаратов и импульсных регуляторов тока.

Сверхмощные разновидности IGBT используются в мощных приводах управления троллейбусов и электровозов. Их применение позволяет повысить КПД, обеспечив максимально возможную плавность хода техники, оперативно управляя выходом электродвигателей на их полную мощность. Силовые транзисторы применяются в цепях с высоким напряжением. Они используются в схемах бытовых кондиционеров, посудомоечных машин, блоков питания в телекоммуникационном оборудовании и в автомобильном зажигании.

Проверка исправности

Ревизия и тестирование IGBT полупроводников выполняется при наличии неисправностей электрических устройств. Такую проверку проводят с использованием мультитестера, прозванивая коллекторы и электроды с эмиттером в двух направлениях. Это позволит установить работоспособность транзистора и исключит отсутствие замыкания. При проверке необходимо отрицательно зарядить вход затвора, используя щупы мультиметров типа COM .

Для проверки правильности работы транзистора на входе и выходе затвора заряжают ёмкость положительным полюсом. Выполняется такая зарядка за счёт кратковременного касания щупом затвора, после чего проверяется разность потенциала коллектора и эмиттера. Данные потенциалов не должны иметь расхождение более 1,5 Вольта. Если тестируется мощный IGBT, а тестера не будет хватать для положительного заряда, на затвор подают напряжение питания до 15 Вольт.

Мощные модули

Силовые транзисторы изготавливаются не только отдельными полупроводниками, но и уже собранными готовыми к использованию модулями. Такие приспособления входят в состав мощных частотных преобразователей в управлении электромоторами. В каждом конкретном случае схема и принцип работы модуля будут различаться в зависимости от его типа и предназначения. Чаще всего в таких устройствах используется мост, выполненный на основе двух силовых транзисторов.

Стабильная работа IGBT обеспечивается при частоте 150 килогерц. При повышении рабочей частоты могут увеличиваться потери, что отрицательно сказывается на стабильности электроприборов. Силовые транзисторы все свои преимущества и возможности проявляют при использовании с напряжением более 400 Вольт. Поэтому такие полупроводники чаще всего применяют в промышленном оборудовании и электроприборах высокого напряжения.

Преимущества силовых IGBT | Renesas

Инверторные биполярные транзисторы Renesas с изолированным затвором (IGBT) для промышленности и бытовой техники обеспечивают как высокую надежность, так и высокую эффективность с высокой устойчивостью к короткому замыканию (tsc) и низким напряжением насыщения, коллектор-эмиттер или VCE (sat).

Характеристики

• Низкий VCE (сб.), Высокий tsc
• Низкий VF FRD
• Стандартная упаковка и вафля / ди

Приложения

• Бытовая техника промышленного и общего назначения
• Источник питания постоянного / переменного тока, моторный привод
  • Кондиционер
  • Промышленный привод
  • ИБП кондиционер

IGBT повышают надежность

БТИЗ Renesas улучшают устойчивость к коротким замыканиям и обеспечивают низкий VCE (насыщенный).

650V IGBT Силы

Сравнение производительности

IGBT

БТИЗ Renesas 650 В обеспечивают высокую надежность и низкие потери. Здесь мы показываем выходные характеристики (Ic-VCE) и ведущие уровни производительности

.

Сравнение высокой надежности и низкого VCE (sat)

Для реализации высокой производительности необходима технология тонких пластин и высокая плотность тока. Здесь мы показываем устойчивость к короткому замыканию (tsc) и низкому напряжению насыщения, коллектор-эмиттер (VCE (sat)).

Напряженность IGBT 1250 В

* Измерено на керамическом корпусе

Сравнение производительности

IGBT

IGBT-транзисторы Renesas на 1250 В

предлагают лучшие уровни выходной мощности (Ic-VCE) по сравнению с конкурентами.

Сравнение потерь при переключении

IGBT 1250 В компании Renesas

обеспечивают лучшие потери при переключении по сравнению с конкурентами.

Силовые IGBT для коррекции коэффициента мощности (PFC)

Марка (доля рынка)	Система цепей (доля рынка)	Пакет	tsc	Ic	Характеристики	FRD	Серия продуктов
Низкая (менее 80%)	Частичное переключение (75%) * Другое 5%	ТО-3ПФ (ТО-3ПФМ)	без	25A-30A	Сверхнизкий VCE (sat) Freq.> 100 Гц	без	G7H T5 серии
Среднее ~ Высокое (более 20%)	Полное переключение (16%) * Другое 4%	ТО-247 (ТО-3П)	без	20A-45A	Сверхбыстрое включение Част. > 20 кГц	без	G7H T4 серии 20A ： RJP65T43DPM 40A ： RJH65T46DPQ 45A ： RJH65T47DPQ

IGBT для частичного переключения PFC

IGBT для полного переключения PFC (нижний: чередование)

Особенности системы (плюсы / минусы)

	Частично	Полный
Стоимость	Дешевле	Дороже
Реактор	Больше	Меньший
Коэффициент мощности	Хорошо	Намного лучше
КПД	Хуже	Лучше
Шум EMI	Нижний	Немного выше

БТИЗ для частичного переключения PFC

Характеристики

• Низкие потери VCE (sat) = 1.35 В (тип.)
• Изолированный цельнолитой корпус: TO-3PF
• Устойчивый к сильным токам: Icp = 200A

Сравнение с конкурентами — PFC с частичным переключением

Номер детали	VCES	ВГЭС	IC [A]		IC (пиковая)	VCE (сб.)	Tj макс	Пакет
	[В]	[В]	25 ° С	100 ° С	[A]	[В]	[С]
RJP65T54DPM	650	± 30	60	30	200	1.35 (30А)	175	К-3ПФ
RJH65T14DPQ-A0	650	± 30	100	50	120	1,4 (30А)	175	ТО-3ПФМ
Компания F	600	± 20	80	40	100	1,5 (30А)	175	К-247

Преимущество — Удаляет изоляционный лист

БТИЗ Renesas для частичного переключения PFC предлагают несколько преимуществ, включая снижение стоимости, улучшенный уровень изоляции и отсутствие риска разрушения сиденья.

IGBT для полного переключения PFC

Характеристики

• VCES = 650 В
• Низкий уровень шума и высокая скорость переключения
• Изолированный цельнолитой корпус: TO-3PF — для малой мощности
• Неизолированный корпус: TO-247 — для высокой производительности

Приложение

PFC с полным переключением (чередование)

Сравнение с конкурентами — PFC с полным переключением

Номер детали	VCES	ВГЭС	IC [A]		VCE (сб.)	T j макс.	Пакет
	[В]	[В]	25 ° С	100 ° С	[В]	[С]
RJP65T43DPM	650	± 30	40	20	1.8 (20А)	175	ТО-3ПФМ
RJH65T46DPQ-A0	650	± 30	80	40	1,8 (40А)	175	К-247
RJH65T47DPQ-A0	650	± 30	90	45	1,8 (45A)	175	К-247
Компания B	650	± 20	80	40	1.9 (40А)	175	ТО-3ПН

Сравнение производительности приложений — IGBT для полной коммутации PFC

Оценочная плата Renesas PFC Interleave

Renesas IGBT для сравнения эффективности коррекции коэффициента мощности

Силовые IGBT для индукционного нагрева (IH)

БТИЗ Renesas для IH уменьшают хвостовые потери (Etail) для токовых резонансных цепей (мягкое переключение).

		Низко-средний (рисоварка / микроволновая печь)	High grade (Варочная панель IH)
Характеристики	VCES	1100 В ~ 1350 В	600 В
	Структура схемы
	IGBT Требования к характеристикам	Low Etail Low VCE (sat) с FRD	Freq. 30 кГц ~ Ultra-low Etail Low VCE (sat) Fast SW с FRD	Freq. ~ 20 кГц Low Etail Ultra-low VCE (sat) Fast SW с FRD
Продукт серии		G7H RC-IGBT	G7H T0 Серия: RJH60T04DPQ-A1 (30A)	G7H T1 серии: RJH65T14DPQ-A0 (50A)

Характеристики G7H Low Etail для мягкого переключения

Условия испытаний: Vcc = 300 В, Vg = 20 В, Rg = 15 Ом, Tc = 125 ° C, L = 100 мкГн

Сигнал выключения

Сравнение Etail с испытательной схемой плавного переключения

Номер детали	E хвост	т хвост	I хвост
	[мкДж]	[нс]	[A]
RJH60T04DPQ-A1	159.5	199,2	6,4
Конкурент	193,1	241,1	10,6

Вы когда-нибудь слышали о IGBT? Это одно энергоэффективное устройство.

Большинство инженеров знакомы с микросхемами цифровой обработки, но меньше знают о кремниевых транзисторах с переключением мощности. Одним из ключевых примеров последнего является биполярный транзистор с изолированным затвором или IGBT, трехконтактное силовое полупроводниковое устройство, в основном используемое в качестве электронного переключателя.Поскольку он предназначен для быстрого включения и выключения, IGBT широко используются в качестве переключающих устройств в цепях преобразования постоянного тока в постоянный инвертор для привода малых и больших двигателей.

В последнее время эти менее известные устройства стали популярными при глобальном переходе к энергоэффективным системам. Но прежде чем мы увидим, как это сделать, давайте посмотрим на рыночные тенденции этих устройств.

Связано: 15 инноваций в полупроводниковой электронике на 2021 год

По данным Mordor Intelligence, рынок IGBT оценивался в 6 долларов США.047 миллиардов в 2020 году, и ожидается, что к 2026 году он достигнет 11,01 миллиарда долларов. В отчете отмечается, что IGBT контролирует электрическую энергию с помощью переключающих усилителей в нескольких современных устройствах, таких как плиты, микроволновые печи, электромобили, поезда, частотно-регулируемые приводы (VFD). ), холодильники, кондиционеры, балласты для ламп, муниципальные системы передачи электроэнергии и стереосистемы.

Другой причиной роста IGBT является электрификация автомобильных трансмиссий в электрических и гибридных транспортных средствах (EV / HEV).Благодаря IGBT потери на проводимость и коммутацию значительно снижаются, что напрямую влияет на общую эффективность транспортного средства.

Связано: 5 ключевых сегментов рынка полупроводников 2021 и EDA

Продажи электромобилей в Европе, Северной Америке и Китае открывают новые возможности для IGBT для поддержки инфраструктуры и производства электромобилей. Эти продажи помогают еще больше укрепить позиции IGBT на рынке, поясняется в отчете.

Поезда и огни

лет назад, на Международной конференции по электронным устройствам (IEDM) IEEE, изобретатель биполярного транзистора с изолированным затвором (IGBT) говорил о влиянии силовых полупроводников на общество.Профессор Джаянт Балига из Университета штата Северная Каролина заявил, что его изобретение полупроводникового переключателя мощности IGBT снизило потребление бензина на 10% и повысило эффективность использования электроэнергии более чем на 40%.

Чтобы быть более конкретным, IGBT — это силовой транзистор с МОП-структурой для входа и биполярной для выходной конструкции. Эти устройства используются для приложений с высоким напряжением и током, управляя высокой мощностью с меньшей мощностью привода.Кроме того, технология IGBT широко используется при реконструкции устаревших энергетических и транспортных средств.

Например, технология IGBT использовалась для обновления локомотивов с более старыми тиристорами отключения ворот (GTO) для управления двигателями. GTO — это устройство переключения мощности, используемое в инверторных мостах среднего напряжения высокой мощности. Но эта технология имеет тенденцию быть дорогостоящей из-за сложной схемы управления затвором. Напротив, устройства IGBT могут работать с гораздо более высокими токами и ими легче управлять.

Другой пример, в котором устройства IGBT используются для снижения потребления энергии, — это освещение. По данным Министерства энергетики США (DOE), искусственное освещение потребляет около 10% электроэнергии, потребляемой домом. Типичная компактная люминесцентная лампа (КЛЛ) с поддерживающей электроникой на базе IGBT в основании продемонстрировала снижение энергопотребления на 80 процентов, при этом срок службы лампы в 10 раз превышает срок службы ламп накаливания. По словам Балиги, компания Motorola (On-Semi) показала, что IGBT предлагает наиболее экономичную технологию силовых устройств для использования в электронном балласте CFL по сравнению с биполярными силовыми транзисторами и силовыми MOSFET.

IEEE IEDM, профессор Дж. Балига Технология балласта

IGBT значительно увеличивает энергосбережение компактных люминесцентных ламп (КЛЛ).

Джон Блайлер — старший редактор журнала Design News, освещающий электронику и передовые производственные площади. Имея степень бакалавра инженерной физики и степень магистра в области электротехники, он имеет многолетний опыт работы в области аппаратных, программных и сетевых систем в качестве редактора и инженера в области передового производства, Интернета вещей и полупроводников. Джон является соавтором книг по системной инженерии и электронике для IEEE, Wiley и Elsevier.

Дискретные полупроводниковые приборы | Транзисторы — IGBTs — Single

9

497-6735-5-ND

9002 9002 9999

9999 9002 9999

907 18 Field

Трубка

Активная

Активная 907

Активный A 907

Трубка

907

— Активный 907 9009 907 900 А 1 930

IXYS 1 930 9000

(для автомобилей)

CTLDKR-ND

2 907

Digi-Reel®

0 —

3,700 Немедленно

V 900 А STMicroelectronics STMicroelectronics 9071 В при 15 В, 15 А

IGBT 1200V 5.3A 60W TO252AA

$ 1,68000

8465 — Immediate

OnSemi

OnSemi

1

HGTD1N120BNS9ATR-ND HGTD1N120BNS9ACT -ND HGTD1N120BNS9ADKR-ND

—

Лента и катушка (TR) Cut Tape (CT) Digi-Reel®

Активный

1200 VST

3 A

6 A

2,9 В при 15 В, 1 A

60 Вт

70 мкДж (вкл.), 90 мкДж (выкл.)

Стандартный

14 нКл

15 нс / 67 нс

960 В, 1 A, 82 Ом, 15 В

—

-55 ° C ~ 150 ° C (TJ)

Поверхностный монтаж

TO-252-3, DPak (2 вывода + выступ), SC-63

TO-252AA

1,72000 долл. США

3,964 — Немедленно

STMicroelectronics

STMicroelectronics

1

497-6735-5-ND

PowerMESH

600 В

25 A

50 A

2.5 В при 15 В, 7 А

80 Вт

95 мкДж (вкл.), 115 мкДж (выкл.)

Стандартный

35 нКл

18,5 нс / 72 нс

390 В, 7 А, 10 Ом, 15 В

37 нс

-55 ° C ~ 150 ° C (TJ)

Сквозное отверстие

TO-220-3

TO-220

$ 3,03000

1,040 — Немедленно

STMicroelectronics

1

497-15133-5-ND

—

Трубка

Активный

Ограничитель поля Trench

600 В

60 A

120 A

30A при 15 В,

260 Вт

383 мкДж (вкл.), 293 мкДж (выкл.)

Стандартный

149 нКл

37 нс / 146 нс

400 В, 30 А, 10 Ом, 15 В

53 нс

-55 ° C ~ 175 ° C (TJ)

Сквозное отверстие

TO-247-3

TO-247

5 долларов США.28000

0 — Немедленно

onsemi

onsemi

1

FGH80N60FD2TU-ND

—

Трубка

160 A

2,4 В при 15 В, 40 A

290 Вт

1 мДж (вкл.), 520 мкДж (выкл.)

Стандартный

120 нКл

21 нс / 126 нс

400 В, 40 A, 10 Ом, 15 В

61 нс

-55 ° C ~ 150 ° C (TJ)

Сквозное отверстие

TO-247-3

TO-247-3

IGBT 1200V 54A 347W TO247

$ 5 .63000

338 — Немедленно

Microchip Technology

Microchip Technology

1

APT25GT120BRG-ND

Thunderbolt IGBT®9

930 9000 90008 930

54 A

75 A

3,7 В при 15 В, 25 А

347 Вт

930 мкДж (вкл.), 720 мкДж (выкл.)

Стандартный

170 нКл

14 нс / 150 нс

800 В, 25 A, 5 Ом, 15V

—

-55 ° C ~ 150 ° C (TJ)

Сквозное отверстие

TO-247-3

TO-247 [B]

IGBT 600V 120A 298W TO247

6 долларов США.69000

798 — Немедленно

onsemi

onsemi

1

FGH60N60UFDTU-ND

—

907 907

180 A

2,4 В при 15 В, 60 А

298 Вт

1,81 мДж (вкл.), 810 мкДж (выкл.)

Стандартный

188 нКл

23 нс / 130 нс

400 В, 60 А, 5 Ом, 15 В

47 нс

-55 ° C ~ 150 ° C (TJ)

Сквозное отверстие

TO-247-3

TO-247-3

IGBT 650V 160A 625W TO247AD

7 долларов.88000

1,554 — Немедленно

IXYS

IXYS

1

IXXH80N65B4-ND

GenX4 ™, XPT ™

907 907 Трубка

160 A

430 A

2 В при 15 В, 80 A

625 Вт

3,77 мДж (вкл.), 1,2 мДж (выкл.)

Стандартный

120 нКл

38 нс / 120 нс

400 В, 80 A, 3 Ом , 15 В

—

-55 ° C ~ 175 ° C (TJ)

Сквозное отверстие

TO-247-3

TO-247 (IXXH)

IGBT 600V 155A 536W TO264

9 долларов США.01000

794 — Немедленно

Microchip Technology

Microchip Technology

1

APT75GN60LDQ3G-ND

—

Пробка 907 Активная 9007 9002 Стоп-трубка

155 A

225 A

1,85 В при 15 В, 75 А

536 Вт

2500 мкДж (вкл.), 2140 мкДж (выкл.)

Стандартный

485 нКл

47 нс / 385 нс

400 В, 75 A, 1 Ом, 15V

—

-55 ° C ~ 175 ° C (TJ)

Сквозное отверстие

TO-264-3, TO-264AA

TO-264 [L]

IGBT 1700V 32A 190 Вт TO247AD

11 долларов США.29000

701 — Немедленно

IXYS

IXYS

1

IXGh26N170-ND

—

Трубка

26 Активная

Трубка

80 A

3,5 В при 15 В, 16 А

190 Вт

9,3 мДж (выкл.)

Стандартный

78 нКл

45 нс / 400 нс

1360 В, 16 А, 10 Ом, 15 В

—

-55 ° C ~ 150 ° C (TJ)

Сквозное отверстие

TO-247-3

TO-247AD

$ 11.

4548 — Немедленно

Microchip Technology

Microchip Technology

1

APT50GS60BRDQ2G-ND

Thunderbolt IGBT®9

Thunderbolt IGBT®9 907 907 90009

93 A

195 A

3,15 В при 15 В, 50 A

415 Вт

755 мкДж (выкл.)

Стандартный

235 нКл

16 нс / 225 нс

400 В, 40 A, 4.7 Ом, 15 В

25 нс

-55 ° C ~ 150 ° C (TJ)

Сквозное отверстие

TO-247-3

TO-247 [B]

IGBT 1700V 16A 190W TO268

$ 12.58000

1307 — Немедленно

IXYS

IXYS

1

IXGT16N170A-ND

16 A

40 A

5 В при 15 В, 11 A

190 Вт

900 мкДж (выкл.)

Стандартный

65 нКл

36 нс / 160 нс

850 В, 16 А, 10 Ом, 15 В

—

-55 ° C ~ 150 ° C (TJ)

Поверхностный монтаж

TO-268-3, D³Pak (2 вывода + выступ), TO-268AA

TO-268AA

IGBT 650V 310A 940W PLUS247

16 долларов США.78000

252 — Немедленно

IXYS

IXYS

1

IXXX160N65B4-ND

GenX4 ™, XPT ™ 0

9 907 Трубка

310 A

860 A

1,8 В при 15 В, 160 A

940 Вт

3,3 мДж (вкл.), 1,88 мДж (выкл.)

Стандартный

425 нКл

52 нс / 220 нс

400 В, 80 A, 1 Ом, 15 В

—

-55 ° C ~ 175 ° C (TJ)

Сквозное отверстие

TO-247-3

PLUS247 ™ -3

IGBT 650V 370A 1150W PLUS247

21.63000

663 — Незамедлительно

IXYS

IXYS

1

IXXX200N65B4-ND

GenX4 ™, XPT ™

907

370 A

1000 A

1,7 В при 15 В, 160 A

1150 Вт

4,4 мДж (вкл.), 2,2 мДж (выкл.)

Стандартный

553 нКл

62 нс / 245 нс

400 В, 100 A, 1 Ом, 15 В

—

-55 ° C ~ 175 ° C (TJ)

Сквозное отверстие

TO-247-3

PLUS247 ™ -3

IGBT 1700V 80A 360W TO247

25 долларов США.37000

309 — Немедленно

IXYS

IXYS

1

IXBh52N170-ND

BIMOSFET ™

300 A

2,8 В при 15 В, 42 A

360 Вт

—

Стандартный

188 нКл

—

—

1,32 мкс

-55 ° C ~ 150 ° C (TJ)

Сквозное отверстие

TO-247-3

TO-247AD

31 доллар США.86000

0 — Немедленно 330 — Завод

IXYS

IXYS

1

IXYT25N250CHV-ND

XPT ™

9009

XPT ™

В

95 A

235 A

4 В при 15 В, 25 А

937 Вт

8,3 мДж (вкл.), 7,3 мДж (выкл.)

Стандартно

147 нКл

15 нс / 230 нс

1250 В, 25 A , 5 Ом, 15 В

34 нс

-55 ° C ~ 175 ° C (TJ)

Крепление на поверхность

TO-268-3, D³Pak (2 вывода + выступ), TO-268AA

TO-268

IGBT 3000V 30A 160W TO268

$ 35.15000

302 — Немедленно 1020 — Завод

IXYS

IXYS

1

IXBT12N300HV-ND

0 IXBT12N300HV-ND

0

0 9

BIMOSFET ™9 В

30 А

100 А

3,2 В при 15 В, 12 А

160 Вт

—

Стандартный

62 нКл

64 нс / 180 нс

1250 В, 12 А, 10 Ом, 15 В

1.4 мкс

-55 ° C ~ 150 ° C (TJ)

Поверхностный монтаж

TO-268-3, D³Pak (2 вывода + язычок), TO-268AA

TO-268

BIMOSFET TRANS 2500V 42A TO-247A

$ 35,15000

259 — Немедленно 2,520 — Завод

IXYS

IXYS

1

h

h

Трубка

Активная

—

2500 В

104 A

400 A

3 В при 15 В, 42 A

500 Вт

—

Стандартный

200 нК

72 нс / 445 нс

72 нс / 445 нс 1250В, 42А, 20Ом, 15В

1.7 мкс

-55 ° C ~ 150 ° C (TJ)

Сквозное отверстие

TO-247-3

TO-247AD

IGBT 3600V 45A ISOPLUS I4PAK

$ 54,699

113 — Немедленно

IXYS

IXYS

1

IXBF20N360-ND

BIMOSFET ™

Трубка

— активная

3.4 В при 15 В, 20 А

230 Вт

15,5 мДж (вкл.), 4,3 мДж (выкл.)

Стандартный

43 нКл

18 нс / 238 нс

1500 В, 20 А, 10 Ом, 15 В

1,7 мкс

— 55 ° C ~ 150 ° C (TJ)

Сквозное отверстие

i4-Pac ™ -5 (3 вывода)

ISOPLUS i4-PAC ™

$ 60,74000

334 — Немедленно 360 — Завод

IXYS

IXYS

1

IXYX40N450HV-ND

XPT ™

Трубка

900

Активный

—

А

3.9 В при 15 В, 40 А

660 Вт

—

Стандартный

170 нКл

36 нс / 110 нс

960 В, 40 А, 2 Ом, 15 В

—

-55 ° C ~ 150 ° C (TJ)

Сквозное отверстие

TO-247-3 Вариант

TO-247PLUS-HV

$ 40,35 000

408 — Немедленно 180 — Завод

IXY000 1

IXYh40N450HV-ND

XPT ™

Трубка

Активная

PT

4500 V

60 A

200 A

3.9 В при 15 В, 30 А

430 Вт

—

Стандартный

88 нКл

—

960 В, 30 А, 10 Ом, 15 В

—

-55 ° C ~ 150 ° C (TJ)

Через Отверстие

TO-247-3 Вариант

TO-247HV

$ 117,29000

566 — Немедленно

IXYS

IXYS

BIMOSFET ™

Трубка

Активная

—

3600 В

70 A

220 A

3.4 В при 15 В, 20 А

430 Вт

15,5 мДж (вкл.), 4,3 мДж (выкл.)

Стандартный

110 нКл

18 нс / 238 нс

1500 В, 20 А, 10 Ом, 15 В

1,7 мкс

— 55 ° C ~ 150 ° C (TJ)

Сквозное отверстие

TO-247-3 Вариант

TO-247HV

$ 1,73000

9000mic2 2,500 — Немедленно 900m99

Rocket

Rohm Semiconductor

1

RGPR30BM40HRTLTR-ND RGPR30BM40HRTLCT-ND RGPR30BM40HRTLDKR-ND

Не для новых разработок

—

430 V

30 A

—

2.0 В при 5 В, 10 А

125 Вт

—

Стандартный

22 нКл

500 нс / 4 мкс

300 В, 8 А, 100 Ом, 5 В

—

-40 ° C ~ 175 ° C (TJ)

Поверхностный монтаж

TO-252-3, DPak (2 вывода + язычок), SC-63

TO-252

IGBT 1200V 6A 25W TO220FP

$ 1.80000

STMicroelectronics

STMicroelectronics

1

497-4353-5-ND

PowerMESH ™

Трубка

6-

Активный

—

2.8 В при 15 В, 3 А

25 Вт

236 мкДж (вкл.), 290 мкДж (выкл.)

Стандартный

24 нКл

15 нс / 118 нс

800 В, 3 А, 10 Ом, 15 В

51 нс

-55 ° C ~ 150 ° C (TJ)

Сквозное отверстие

TO-220-3 Full Pack

TO-220FP

$ 1,80000

2115 — Немедленно

STMicroelectronics

1

497-15806-5-ND

PowerMESH ™

Трубка

Активная

—

1200 V

14 A

20 A

2.8 В при 15 В, 3 А

75 Вт

236 мкДж (вкл.), 290 мкДж (выкл.)

Стандартный

24 нКл

15 нс / 118 нс

800 В, 3 А, 10 Ом, 15 В

51 нс

-55 ° C ~ 150 ° C (TJ)

Сквозное отверстие

TO-220-3

TO-220

$ 2,69000

2,963 — Немедленно

Rohm Semiconductor

1

RGT30NS65DGC9-ND

—

Трубка

Активный

Упор для траншеи

650 В

30 A

45 2

133 Вт

—

Стандартный

32 нКл

18 нс / 64 нс

400 В, 15 А, 10 Ом, 15 В

55 нс

-40 ° C ~ 175 ° C (TJ)

Сквозное отверстие

Длинные выводы TO-262-3, I²Pak, TO-262AA

TO-262

Что нужно знать о силовых полупроводниках на базе IGBT?

IGBT представляет собой комбинацию биполярного переходного транзистора и полевого транзистора металл-оксид-полупроводник (MOSFET).Широкий спектр современной электроники, такой как VSF (холодильники с регулируемой скоростью), VFD (частотно-регулируемые приводы), поезда, электромобили, стереосистемы с переключающими усилителями и кондиционеры, используют биполярный транзистор с изолированным затвором для переключения электроэнергии.

Princy A. J | 25 марта 2020 г.

В электрических цепях силовой полупроводник используется для управления или переключения тока (или мощности) в электрических цепях.К ним относятся силовой полевой транзистор на основе металлооксидного полупроводника (MOSFET), силовой диод, биполярный переходный транзистор (BJT), изолированный биполярный транзистор (IGBT) и тиристор. IGBT представляет собой комбинацию MOSFET и BJT, используемых в широком спектре современной электроники, такой как поезда, VSF (холодильники с регулируемой скоростью), электромобили, VFD (частотно-регулируемые приводы), стереосистемы и кондиционеры, использующие биполярный транзистор с изолированным затвором. для переключения электроэнергии.

Использование силовых полупроводников на базе IGBT

При использовании в схемах с высоким потреблением энергии IGBT демонстрирует лучшие свойства, чем BJT.Кроме того, по сравнению с BJT, IGBT имеют очень высокую частоту переключения. Согласно обзору аналитика , IGBT обеспечивает лучшую тепловую эффективность, благодаря чему он широко используется в электронных устройствах, инверторах и т. Д. Кроме того, IGBT широко используются в приложениях силовой электроники, таких как источники питания и преобразователи, благодаря своей скорости переключения.

Силовой полупроводник на базе IGBT также используется в самых разных приложениях, от бытовых устройств до автомобильного и промышленного оборудования.Более широкое распространение также наблюдается в IGBT с 3-фазными инверторами управления двигателями с высокой выходной мощностью в электромобилях / HEV, повышающим управлением в промышленных источниках питания и ИБП, а также в резонансных схемах для бытовой техники.

Силовой полупроводник на базе IGBT и MOFSET

Как правило, требования к управлению затвором силового полупроводника на основе IGBT очень похожи на требования к току номинальной мощности и сравнимому напряжению MOSFET. Это связано с тем фактом, что оба полупроводниковых устройства имеют структуру затвора, которая представляет собой металл-оксидный полупроводник (MOS).Однако основные отличия от с точки зрения требований к приводу затвора перечислены ниже:

• По сравнению с MOFSET, IGBT имеют более высокое пороговое напряжение затвор-эмиттер. Более высокое напряжение затвор-эмиттер при повышенных температурах требуется для обеспечения того, чтобы полупроводниковое устройство оставалось в состоянии насыщения при заданном токе коллектора. По обеим этим причинам прикладываемое к IGBT напряжение игрового эмиттера (VGE) должно быть не менее 15 В. Аналогичным образом, в случае номинальных полевых МОП-транзисторов, приложенного напряжения затвор-исток (VGS) 10 В обычно достаточно для обеспечения насыщения. по току и температуре.
• Силовой полупроводник на базе IGBT с аналогичным номиналом имеет тенденцию иметь более низкую емкость затвор-эмиттер по сравнению с MOSFET аналогичным номиналом. Таким образом, часто предпочтительно, чтобы номинал резистора включения затвора IGBT был выше. Это помогает свести к минимуму возможность возникновения результирующих и вызывающих электромагнитных помех, а также ограничивает включение dt / dv.

Можно ли параллельно подключить несколько силовых полупроводников на базе IGBT?

Существует ряд современных силовых полупроводников на базе IGBT, например, новые IGBT G7H от Renesas Electronics Corporation.Этот полупроводниковый прибор в своем диапазоне номинальных токов имеет положительную зависимость VCE от температуры перехода. Как правило, эти силовые полупроводники на базе IGBT можно подключать параллельно, если принять несколько основных мер предосторожности:

• Устройства должны быть закреплены на общей теплоотводящей медной подложке / теплоотводе.
• Для каждого подключенного параллельно IGBT схема затвор-привод симметрична.
• Отдельный и согласующийся резистор от 2 до 4 Ом должен быть включен последовательно с каждым затвором устройства. Это сводит к минимуму возможность потенциальных колебаний напряжения затвора в одном полупроводниковом приборе, соединенном с другим параллельно включенным полупроводниковым прибором.
• С точки зрения пропускной способности и источника тока драйвер затвора достаточно силен, чтобы обеспечить высокую скорость переключения. Например, представим, что имеется четыре или более параллельно подключенных силовых полупроводников на базе IGBT, и каждый из них требует общего заряда затвора 100 нКл. Таким образом, время включения должно быть в пределах 100 нс, а минимальный ток источника питания схемы управления затвором должен быть не ниже.

Однако всегда лучше обращаться к производителю силовых полупроводников на базе IGBT за советом о мерах предосторожности, которые необходимо предпринять для дальнейшего параллельного подключения нескольких устройств.

Разница между IGBT и BJT

IGBT — это один из типов силовых переключающих транзисторов, который сочетает в себе преимущества MOSFET-транзистора и BJT-транзистора для использования в источниках питания и цепях управления двигателем. Теперь давайте проверим информацию о разнице между IGBT и BJT, чтобы узнать больше об этом.

• Во-первых, давайте рассмотрим полную форму IGBT и BJT. IGBT означает биполярный транзистор с изолированным затвором, BJT означает биполярный переходной транзистор.
• Оба имеют биполярные устройства.
• IGBT управляется напряжением затвора, тогда как BJT — это устройство, управляемое током.
• BJT состоит из трехконтактного устройства: эмиттер, база и коллектор, тогда как IGBT известны как эмиттер, коллектор и база.
IGBT
• лучше по мощности по сравнению с BJT.
• IGBT можно рассматривать как комбинацию устройства BJT и FET.
• IGBT имеет более сложную структуру устройства, чем BJT.
• BJT имеет долгую историю по сравнению с IGBT.
• И IGBT, и BJT устройства имеют низкое падение напряжения в открытом состоянии.
• IGBT имеет устройство с высоким входным сопротивлением и регулируемым напряжением, а также имеет более простой, чем текущий контроль, BJT.
• IGBT имеет меньшее время задержки по сравнению с BJT.
• IGBT также имеет отличные возможности прямой и обратной блокировки по сравнению с BJT, а также MOSFET.
• IGBT можно легко контролировать по сравнению с устройствами с регулируемым током, называемыми (BJT), в высоковольтных и сильноточных приложениях.

Дополнительная информация:

IGBT — это один из типов силовых переключающих транзисторов, который сочетает в себе преимущества MOSFET-транзистора и BJT-транзистора для использования в источниках питания и цепях управления двигателем. Теперь давайте проверим информацию о разнице между IGBT и BJT, чтобы узнать больше об этом.

• Во-первых, давайте рассмотрим полную форму IGBT и BJT. IGBT означает биполярный транзистор с изолированным затвором, BJT означает биполярный переходной транзистор.
• Оба имеют биполярные устройства.
• IGBT управляется напряжением затвора, тогда как BJT — это устройство, управляемое током.
• BJT состоит из трехконтактного устройства: эмиттер, база и коллектор, тогда как IGBT известны как эмиттер, коллектор и база.
IGBT
• лучше по мощности по сравнению с BJT.
• IGBT можно рассматривать как комбинацию устройства BJT и FET.
• IGBT имеет более сложную структуру устройства, чем BJT.
• BJT имеет долгую историю по сравнению с IGBT.
• И IGBT, и BJT устройства имеют низкое падение напряжения в открытом состоянии.
• IGBT имеет устройство с высоким входным сопротивлением и регулируемым напряжением, а также имеет более простой, чем текущий контроль, BJT.
• IGBT имеет меньшее время задержки по сравнению с BJT.
• IGBT также имеет отличные возможности прямой и обратной блокировки по сравнению с BJT, а также MOSFET.
• IGBT можно легко контролировать по сравнению с устройствами с регулируемым током, называемыми (BJT), в высоковольтных и сильноточных приложениях.

Дополнительная информация:

Высокопроизводительные IGBT для приложений большой мощности

БТИЗ — довольно распространенные устройства для силовых приложений, которые можно использовать для выходов управления двигателями переменного тока. IGBT TO247-4L от ON Semiconductor обеспечивают более высокую производительность и лучшую экономическую эффективность для связанных приложений. Как это работает? Давайте посмотрим на это поближе.

Снижает потери Eon за счет пакета IGBT TO-247-4L

Биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT) — это трехконтактный силовой полупроводниковый прибор, который в основном используется в качестве электронного переключателя, который, когда он был разработан, сочетал в себе высокую эффективность и быстрое переключение.Он переключает электроэнергию во многих приложениях: частотно-регулируемые приводы (ЧРП), электромобили, поезда, холодильники с регулируемой скоростью, балласты для ламп и кондиционеры. Традиционный биполярный транзистор (BJT) имеет небольшой RDS (включен), но ток возбуждения велик, а RDS (вкл.) MOSFET велик, но он имеет преимущество в виде небольшого управляющего тока. IGBT — это сочетание преимуществ обоих: не только ток привода мал, но и RDS (вкл.) Также очень низкое.

БТИЗ с четырьмя чередующимися слоями (P-N-P-N) управляется структурой затвора металл-оксид-полупроводник (MOS) без регенеративного действия.Поскольку он предназначен для быстрого включения и выключения, усилители, которые его используют, часто синтезируют сигналы сложной формы с широтно-импульсной модуляцией и фильтрами нижних частот. Ячейка IGBT сконструирована аналогично n-канальному силовому MOSFET с вертикальной конструкцией, за исключением того, что сток n + заменен коллекторным слоем p +, образуя таким образом вертикальный PNP-транзистор с биполярным переходом. Эта дополнительная область p + создает каскадное соединение биполярного транзистора PNP с поверхностным n-канальным MOSFET.

IGBT сочетает в себе простые характеристики управления затвором полевых МОП-транзисторов с возможностью высокого тока и низкого напряжения насыщения биполярных транзисторов.БТИЗ объединяет полевой транзистор с изолированным затвором для управляющего входа и биполярный силовой транзистор в качестве переключателя в одном устройстве.

Компания

ON Semiconductor выпустила серию IGBT TO247-4L, которая отличается прочной и экономичной конструкцией Field Stop II Trench и обеспечивает превосходную производительность в сложных коммутационных приложениях, предлагая как низкое напряжение в открытом состоянии, так и минимальные коммутационные потери.

Пакет IGBT TO-247-4L компании

ON Semiconductor формата TO-247-4L может снизить потери Eon по сравнению со стандартным корпусом TO-247-3L и поставляется с отдельными контактами для переключения, которые могут снизить потери Eon более чем на 60%.Он построен на основе чрезвычайно эффективной технологии Trench Field Stop II и оптимизирован для высокоскоростной коммутации, которая имеет низкое напряжение в открытом состоянии и сводит к минимуму преимущества коммутационных потерь. Он может улучшить управление затвором и снизить коммутационные потери за счет оптимизированного высокоскоростного переключения. Встроенный мягкий и быстро собранный диод свободного хода с низким прямым напряжением может сэкономить место на плате.

Целевая область применения IGBT TO-247-4L компании

ON Semiconductor — солнечные инверторы, источники бесперебойного питания (ИБП), полная и полумостовая топология, а также топология с зажимом нейтральной точки.Он может поддерживать заказчиков, которым требуются решения с напряжением 1200 В, и получать выгоду от снижения коммутационных потерь Eon, которые обеспечивает пакет TO-247-4L. ON Semiconductor в настоящее время является единственной компанией, предлагающей устройство на 1200 В в этом корпусе.

Серия IGBT TO-247-4L Field Stop II компании

ON Semiconductor включает NGTB50N65FL2WA (650 В, 50 А), NGTB75N65FL2WA (650 В, 75 А), FGH75T65SQDTL4 (650 В, 75 А), NGTB40N120FL2 NGTB25N120FL2WA (1200 В, 25 А) и NGTB50N120FL2WA (1200 В, 50 А) и т. Д.Построенные с улучшенным управлением затвором, которое снижает потери переключения, эти устройства имеют чрезвычайно эффективную траншею с технологией полевого останова и TJmax, равную 175 ° C. Отдельный вывод привода эмиттера и корпус с TO-247-4L обеспечивают минимальные потери Eon. Оптимизирован для высокоскоростного переключения и всех бессвинцовых устройств, он подходит для промышленного применения.

Благодаря передовой технологии конструкции траншеи Field Stop II, она эффективно повышает эффективность работы IGBT и снижает потери Eon.Это идеальный выбор для приложений с высокой мощностью.

Посмотреть сопутствующие товары

BJT vs MOSFET vs IGBT сравнение разницы транзисторов

MOSFET против BJT против IGBT

Если вам всегда было интересно, какой силовой транзистор вы должны использовать для своих схем, в этой статье мы увидим все основные различия между IGBT, BJT и, конечно же, MOSFFET.Как разработчику вы должны будете решить, использовать ли BJT или MOSFET в силовой части вашего приложения? Или разработчику следует использовать IGBT? Будут ли они работать в дизайне? Было бы лучше? Итак, есть несколько вариантов, но какой из них лучше?

Ответ не однозначный, я бы сказал: « Это зависит от обстоятельств. ”И да, это не очень информативный или удовлетворительный ответ, но позвольте мне объяснить. Тем не менее, ответ верен, поскольку выбор действительно зависит от очень широкого спектра факторов и аспектов проекта, который вы хотите разработать.Например, область вашего приложения , которая может быть контроллером двигателя , источником питания или, возможно, аудиоусилителями , и это повлияет на ваш выбор. Также будет важна методика модуляции мощности нагрузки , которая может быть линейной, с переключением или статической. Наконец, важна рабочая частота . Сначала вам нужно будет четко определить критерии проектирования и подход, а затем вы сможете начать оценивать преимущества и недостатки различных доступных силовых полупроводников.

ЧАСТЬ 1 — Ворота или основание / Канал или переход

Каналы или переходы? Как много? Какой тип? Эти и другие аспекты внутренней геометрии и конструкции устройства могут быть одним из способов взглянуть на силовые полупроводники, поскольку они действительно различаются для разных типов твердотельных силовых устройств. Но такой подход может увести нас от реальной точки, а именно от того, как управлять устройством для изменения тока нагрузки.
Имейте в виду, что контролируемое изменение тока через нагрузку является основной функцией (если хотите, смыслом существования) любого силового полупроводникового устройства. У вас есть нагрузка, через которую вы хотите пропускать ток, и состояние этого потока тока (полностью включено, полностью выключено или на каком-то заранее определенном промежуточном уровне) является функцией сигнала, поступающего на управляющий терминал силового полупроводникового устройства. .

Есть несколько факторов, которые повлияют на ваш выбор технологии силовых транзисторов.Среди них — величина тока, необходимого для вашей конкретной нагрузки, желаемое напряжение, которое должно быть приложено к нагрузке для достижения этого тока, а также максимальная скорость изменения тока (dI / dt) и напряжения (dV / dt), необходимого.

Короче говоря, есть три ключевых параметра производительности, которые помогают нам понять, какая технология силовых транзисторов лучше всего подходит для вашей конструкции силового каскада: максимальное рабочее напряжение, максимальный рабочий ток и максимальная частота переключения.

ЧАСТЬ 2 — Выберите МОЩНОСТЬ

Первым делом вы должны решить, какое количество энергии потребуется вашей системе, и, для этого вам нужно решить:

— Максимальное напряжение и ток
— Максимальная частота срабатывания
— Реактивные параметры вашей нагрузки (индуктивность нагрузки и емкость нагрузки)
— Характеристики постоянного тока (и даже характеристики потенциальных неисправностей) вашей нагрузки

Если ваши характеристики нагрузки четко определены, это означает, что вы готовы изучить меню выбора для управления вашей нагрузкой.В список входят не только популярные мощные транзисторы, такие как MOSFET, BJT и IGBT, но и более экзотические тиристоры, такие как Triacs и SCR (для ограниченного вкуса диеты только переменного тока или пульсирующего постоянного тока, которые мы рассмотрим в будущем. статья). И, конечно же, есть необходимые гарниры, такие как сверхбыстрые выпрямители и выпрямители Шоттки (без них не обходится ни один проект питания, но это тоже будущая статья). Просмотрите это меню полупроводниковых, трехконтактных высокомощных устройств, и вы увидите, что каждое из них управляет нагрузкой по-своему.

BJT BJT изменяет свой выходной ток (определяемый здесь как ток, протекающий через устройство от эмиттера к коллектору или наоборот) в соответствии с его базовым током возбуждения, умноженным на его коэффициент усиления по току (hFE). Из-за этого BJT часто описывают как устройство, управляемое током.

МОП-транзистор Напротив, полевой МОП-транзистор описывается как устройство, управляемое напряжением, поскольку его выходной ток изменяется в зависимости от небольшого напряжения, приложенного к его затвору.Функционально происходит то, что электростатическое поле затвора воздействует на сопротивление канала исток-сток устройства (отсюда и термин «полевой транзистор»).

БТИЗ IGBT также можно рассматривать как устройство, управляемое напряжением, поскольку его выходной ток также является функцией небольшого напряжения, приложенного к его затвору. Однако функционально он отличается тем, что это напряжение управляющего сигнала модулирует сопротивление канала, которое, в свою очередь, также изменяет количество носителей тока (как электронов, так и дырок), доступных для переноса тока от вывода эмиттера к выводу коллектора.

ЧАСТЬ 3 — Сравнение технологий и компромиссы

Теперь, когда я подогрел ваш аппетит, давайте рассмотрим эту триаду типов силовых транзисторов более подробно. Мы сосредоточимся на этом более подробном рассмотрении, ограничив наше сравнение их использованием в качестве мощных переключающих транзисторов. Это уместно, так как большинство современных приложений для силовых схем, даже аудио, используют широтно-импульсную модуляцию (ШИМ) для управления мощностью нагрузки, будь то трансформатор, индуктор, обмотка двигателя, светодиод, лампа, резистор или даже громкоговоритель.Это связано с тем, что ШИМ по своей природе более эффективен, чем линейное управление / регулирование нагрузки. Таким образом, с этой точки зрения нам нужно также посмотреть на быстродействие силовых транзисторов, а не только на возможности управления напряжением и током.

— Биполярный переходной транзистор , разработанный для использования в качестве транзистора большой мощности, будет демонстрировать довольно скромное усиление по току (с hFE в диапазоне от однозначного до двухзначного). И хотя он может работать как ВЧ-усилитель, сложности с обеспечением значительного базового тока возбуждения в коммутационном приложении обычно ограничивают его использование до 100 кГц или меньше.В этом диапазоне скоростей переключения есть BJT, которые могут эффективно обрабатывать десятки ампер, выдерживая при этом напряжения от нескольких сотен до тысячи вольт и более. С точки зрения сравнения с двумя другими технологиями силовых транзисторов, мы можем рассматривать BJT как высоковольтное, но слаботочное устройство.

— И наоборот, полевые МОП-транзисторы , предназначенные для использования в качестве мощных транзисторов, обычно будут сильноточными, но низковольтными устройствами. Возможно переключение частот до 500 кГц, и есть полевые МОП-транзисторы, которые могут выдерживать несколько сотен ампер, но они обычно ограничиваются напряжениями намного меньше 100 В.Существенным преимуществом полевых МОП-транзисторов является то, что схема, необходимая для управления затвором, очень проста и имеет низкое энергопотребление.

— Интересно, что IGBT были разработаны специально как силовые транзисторы с целью объединения как сильноточных, так и высоковольтных. В этой роли они вытеснили как BJT, так и MOSFET (а также тиристоры) во многих приложениях с высокой мощностью. В этой технологии есть довольно впечатляющие устройства, которые могут выдерживать токи выше 1000 А при коммутации нескольких тысяч вольт! Однако у них есть ограничения, причем скорость переключения является значительной.Производители этих устройств постоянно работают над улучшением скорости переключения (в частности, за счет уменьшения времени спада), и за десятилетия, прошедшие с момента коммерческого внедрения IGBT, скорость переключения почти утроилась. Тем не менее, практические скорости переключения мощных силовых каскадов IGBT редко превышают 50 кГц.

ЧАСТЬ 4 — Прочие параметры

Основные параметры для сравнения силовых транзисторов показаны на следующем фото ниже. Помимо оценки этих ключевых параметров, при просмотре и сравнении таблиц данных силовых транзисторов следует также учитывать как реактивное поведение, так и поведение нагрузки при отказе.Например, IGBT могут блокироваться (как тиристор), если они подвергаются току короткого замыкания, превышающему их номинальное время выдерживания короткого замыкания (tSC) в микросекундах. А индуктивные нагрузки могут создавать большие всплески напряжения, которые могут превышать напряжение пробоя BJT, или перегружать лавинную энергоемкость основного диода (EAS) полевого МОП-транзистора.

Итак, как вы можете видеть на схеме выше, у нас на выходе 3 катушки. Пока не обращайте внимания на катушку L3, потому что это будет выходная катушка, которая будет создавать магнитное поле.У нас есть 2 катушки, L1 и L2, и один конденсатор, C1. У нас будет резонанс, как и раньше, но на этот раз он будет другим и никогда не прекратится. Как вы можете видеть, у нас также есть два диода, D1 и D2, которые подключены к затвору двух транзисторов, T1 и T2. Когда сигнал сначала колеблется на C1, на одной стороне C1 будет положительное напряжение, а на другой стороне C1 — отрицательное напряжение. Таким образом, один диод будет пропускать ток, а другой — нет. Таким образом, один транзистор будет включен, а другой выключен.Но буквально через мгновение из-за этого процесса полярность на C1 изменится, и это активирует второй транзистор и выключит другой. И этот процесс будет повторяться снова и снова, и это изменит поток тока внутри катушки L3, потому что, как вы можете видеть, один enf этой катушки подключен к 15 В, а другой конец будет подключен к отрицательному или положительному, и тем самым будет создаваться колебательный ток. Это создаст колеблющееся магнитное поле.

ЧАСТЬ 5 — Улучшенный трехмерный вид

Мы обсудили три ключевых параметра производительности, которые помогают нам понять, какая технология силовых транзисторов лучше всего подходит для вашей конструкции силового каскада.Повторюсь, это максимальное рабочее напряжение, максимальный рабочий ток и максимальная частота переключения. Эти и другие параметры таблицы предоставляют проектировщику техническую информацию, необходимую для принятия продуманных проектных решений. Но часто дизайнеры также хотели бы знать, как эти устройства обычно используются в коммерческих / промышленных рыночных приложениях, поскольку это дает представление о том, как другие дизайнеры оценивали компромисс между производительностью и стоимостью.

Этот график иллюстрирует область применения силовых транзисторов в трех измерениях.Каждая ось графика представляет один из трех ключевых параметров производительности, а каждая технология силового транзистора представлена ​​стрелкой разного цвета.

Например, в верхней части графика вы увидите полосу, представляющую приложения для небольших электромобилей (например, тележки для гольфа, вилочные электрические погрузчики). Контроллеры двигателей в них обычно работают при напряжениях от 48 В до 72 В и токах до нескольких сотен ампер, и они обычно используют полевые МОП-транзисторы PWM, управляющие двигателем на частотах около 20 кГц (удобно выше человеческого слуха).

В качестве предостережения, данные, управляющие этим графиком, должным образом считаются анекдотическими, поскольку они взяты из моего личного наблюдения. Я предоставил его в надежде поделиться своим опытом четырех десятилетий работы в отрасли с широким кругом клиентов и приложений.

Заключение Теперь у вас должно быть хорошее представление о возможных вариантах и ​​о том, с чего начать при выборе типа силового транзистора для использования в вашей следующей мощной конструкции. Следите за будущими статьями по связанным темам.