eng
Выпуск #5/2005
Е. Волошанская.
Транзисторы IGBT – новинки от компании International Rectifier
Транзисторы IGBT – новинки от компании International Rectifier
Просмотры: 3072
Компания International Rectifier (IR), общепризнанный лидер на рынке силовых полупроводниковых приборов, постоянно совершенствует и обновляет свою продукцию в соответствии с тенденциями развития силовой электроники. В ее число входят дискретные IGBT-транзисторы, включающие и вариант CoPack (со встроенным антипараллельным диодом).
IR – одна из немногих фирм, выпускающих силовые транзисторы на рабочие напряжения 250 и 430 В. В данной серии фирма совсем недавно представила новый IGBT-транзистор IRGP4050 в корпусе TO-247AC для источников питания плазменных дисплеев. У этих типов дисплеев одно из самых слабых мест – потребляемая мощность. Даже у самых лучших их моделей энергопотребление выше, чем у ЖК-дисплеев, в 3–5 раз. В связи со все растущей популярностью плазменных дисплеев проблема снижения энергопотребления становится одной из главных при выпуске новых моделей. Новый транзистор благодаря пониженному падению напряжения на открытом транзисторе Uce(on) и малому времени нарастания и спада при переключении (tr и tf) повышает КПД и надежность схемы.
Малые габариты (корпус ТО-247АС) и пониженный температурный коэффициент сопротивления (ТКС) позволяют сократить габариты и массу изделия. Российский рынок в основном потребляет готовые плазменные дисплеи, но этот транзистор может заинтересовать разработчиков преобразователей напряжения для сварочного, кранового и тягового оборудования. Основные технические характеристики транзистора IRGP4050:
Uces, макс 250 В
Ic, макс.
-при Тс = 25°C 104 А
-при Тс = 100°C 56 А
Uge ±20 В
Uce(on), тип.
-при Ic = 30 A 1,64 В
-при Ic = 56 А 2,04 В
-при Ic = 104 А 2,60 В
Pd
-при Тс = 25°C 330 Вт
-при Тс = 100°C 130 Вт
Rt переход-корпус , макс 0,38°C/Вт
Rt переход-теплоотвод, тип 0,24°C/Вт
tr, тип. при Tj = 25°C 35 нс
tf, тип. при Tj = 25°C 59 нс
В другой серии, на рабочее напряжение 600 В, фирма IR предложила несколько новинок. В табл.1 приведены характеристики транзисторов, специально разработанных для автоматизированной пайки. Используемый для них корпус ТО-247 – второй по популярности после корпуса ТО-220.
В корпусах TO-247AC SMD и Solder Plate, в отличие от корпуса ТО-247АС, предусмотрена возможность припаивания подложки транзистора к радиатору. Это позволяет применять автоматическую пайку и облегчает теплоотвод благодаря отсутствию теплопроводящей пасты и снижению теплового сопротивления корпус–теплоотвод. Правда, возникает другая проблема – фиксация транзистора к радиатору или печатной плате, поскольку отверстие используется только для фиксации транзистора в процессе пайки. Фирма IR эту проблему решила просто: разработаны специальные прижимные пружины, которые фиксируют транзистор на плате (см. рисунок). В них учтены сила давления и сжатия при фиксации, что исключает возникновение деформаций в корпусе транзистора и обеспечивает надежный прижим.
Следуя тенденции перехода на более компактные корпуса, фирма IR выпустила транзистор IRG4PSC71K без инверсного диода в корпусе ТО-274АА (super ТО-247АС). Отсутствие диода позволило уменьшить внутренние потери при переключении более чем в 3 раза. Также уменьшилось в 2 раза время срабатывания при открытии n-p-перехода. Остальные основные технические характеристики IRG4PSC71K:
Uces, макс 600 В
Ic при 25°C 85 А
Ic при 100°C 60 А
Uce(on), макс 2,3 В
Pd, макс 350 Вт
Ets 3,1 мДж
tr 56 нс
В 2003 году IR представила транзистор IRGх30B60K на 600 В в классе ультрабыстродействующих со стандартной частотой переключения 10–30 кГц, созданный по технологии NPT (non-punch-through) – технологии производства тонких пластин. Применение этой технологии позволило поднять температуру перехода со 150 до 175°С. Мощность рассеивания транзистора 370 Вт при температуре 25°С, максимальный ток 78 А. Несмотря на такую мощность, прямое падение напряжения для подобного типа прибора сравнительно низкое – Uce(on)=1,95 В, низкие также и потери на переключение – 1,785 мДж. Транзистор разработан специально для применения в электроприводах. Он имеет квадратную форму зоны безопасной работы с обратным смещением (RBSOA) и выдерживает короткое замыкание в течение 10 мкс, что повышает надежность разрабатываемых электроприводов. Для удобства разработчика этот транзистор выпускается в трех типах корпусов, что отражено в кодировке: IRGB30B60K (TO-220AB); IRGS30B60K (P2-Pak); IRGSL30B60K (ТО-262).
В 2005 году были предложены транзисторы на рабочее напряжение 1200 В в классе ультрабыстродействующих с частотой 5–40 кГц – IRGPS40B120U и IRGPS40B120UD (со встроенным антипараллельным диодом). Созданы они также по технологии NPT и выпускаются в корпусе Super-247. Благодаря новой технологии в них сокращено время переходных процессов на 70% и вследствие этого снижены внутренние потери на 20%. За счет положительного ТКС происходит самовыравнивание токов в транзисторах при параллельном соединении. В этом случае отпадает необходимость использования дополнительных выравнивающих элементов, что уменьшает габариты и удешевляет конструкцию. Транзистор IRGPS40B120U компания IR рекомендует применять в приводах двигателей на частоте 25 кГц, а транзистор IRGPS60B120KD – в системах бесперебойного питания, сварки, индукционного нагрева и в импульсных источниках питания на частоте 50 кГц. Основные технические характеристики транзисторов приведены в табл.2.
Все перечисленные новинки, кроме оговоренных, не включают вариант Co-Pack, т.е. IGBT-транзистор со встроенным антипараллельным диодом. Такое разделение имеет смысл, так как рассмотренные приборы разрабатывались специально для применения в мостовых схемах, а довольно часто вариант Co-Pack не имеет аналога в дискретном исполнении. Рассмотрим новые приборы, появившиеся в данной серии.
Многие транзисторы вначале выпускались только в одном типе корпусов. Начиная с 2001 года IR, анонсируя новые приборы, предлагает их с несколькими вариантами компоновки, обязательно включая варианты SMD-корпусов, таких как D-Pak, D2-Pak и
TO-262. Во многих сериях транзисторов были добавлены варианты с корпусами D2-Pak и ТО-262 (табл.3).
Продолжая обновлять существующие серии IGBT за счет внедрения технологии NPT для транзисторов и встроенных антипараллельных диодов, IR с 2002 года добавила новые модификации к ультрабыстродействующим приборам – IRGP30B60KD-E, IRG4PH40UD2 и IRGB4B60KD1. Они выпускаются в различных корпусах – ТО-247АС и TO-220AB. Благодаря новой технологии их характеристики существенно улучшены (табл.4), за исключением несколько повышенных потерь при переключении (кроме IRGB4B60KD1) из-за ограничения температуры кристалла до 150°С. В последующих версиях эта проблема была решена. Но за счет квадратной формы RBSOA эти транзисторы можно использовать в силовых приводах, где большие стартовые токи и довольно жесткое переключение.
В 2004 г. IR расширила диапазон транзисторов, выпускаемых в полностью изолированном корпусе TO-220FP с гарантированным напряжением пробоя 2 кВ. Были предложены транзисторы на рабочее напряжение 600 В и стандартную частоту переключения 10–30 кГц. Транзисторы IRGIB7B60KD, IRGIB10B60KD1 и IRGIB15B60KD1 выполнены по технологии NPT, благодаря чему увеличилось гарантированное время непрерывной работы транзистора при температуре кристалла 175°C. Кроме того, транзисторы выдерживают короткое замыкание в течение 10 мкс. Новые изделия имеют квадратную форму RBSOA вплоть до температуры кристалла 175°C. В корпус встроен сверхбыстродействующий диод нового поколения с плавным восстановлением, также выполненный по технологии NPT. Новые транзисторы не нуждаются в отрицательном напряжении смещения для выключения, что упрощает использование управляющих микросхем-драйверов. Все это делает их оптимальными для применения в приводах с жестким стартом и большим стартовым крутящим моментом. Основные технические характеристики транзисторов приведены в табл.5.
Сегодня наибольший интерес представляют мощные IGBT-транзисторы с частотой переключения cвыше 100 кГц, поскольку они могут заменить полевые транзисторы. Такая замена обеспечит повышение мощности от 10 до 80% за счет большей плотности тока по сравнению с аналогичными полевыми транзисторами. В 2004 и 2005 годах IR предложила новое семейство транзисторов на рабочее напряжение 600 В и частоту переключения 150 кГц, которое анонсируется под названием Warp2. В настоящее время иных силовых транзисторов на токи 50 и 75 А с такой частотой переключения не существует, что выделяет семейство Warp2 среди подобных приборов.
Новые транзисторы выпускаются в корпусах ТО-247 и ТО-220. За счет применения технологии NPT в них улучшены характеристики переключения и уменьшен заряд затвора, что обеспечивает повышение плотности тока и увеличение мощности. Положительный ТКС позволяет соединять транзисторы параллельно без дополнительных уравнивающих элементов для обеспечения равномерного распределения тока. Такие транзисторы успешно заменяют полевые при использовании в высокочастотных импульсных источниках питания, подходят они и для работы в коммуникационных системах и серверах.
Последняя новинка в этой серии – транзистор IRGP50B60PD, представленный в январе 2005 года. В нем по сравнению с предыдущей версией существенно увеличен ток встроенного антипараллельного диода – до 25 А. Компания IR рекомендует применять этот транзистор в корректорах коэффициента мощности, мостовых схемах, мощных источниках бесперебойного питания, сварочных аппаратах и различных промышленных силовых устройствах, где ключевым приборам приходится работать в более тяжелых условиях. Основные технические характеристики новых транзисторов приведены в табл.6.
Как показывают практика и расчеты, применение новых поколений приборов позволяет снизить общую стоимость разработки на 10–60% и повысить надежность изделия. Уменьшаются массогабаритные характеристики изделия. В каждом конкретном случае преимущества определяются в зависимости от применения, но использование новых приборов поднимает разрабатываемое изделие на качественно новый уровень.
Любую дополнительную техническую информацию по продукции IR можно получить в отделе технической поддержки компании ЗАО "Золотой Шар", которая работает с IR уже более 10 лет и является первым дистрибьютором IR на российском рынке электронных компонентов.
www.irf.com
Малые габариты (корпус ТО-247АС) и пониженный температурный коэффициент сопротивления (ТКС) позволяют сократить габариты и массу изделия. Российский рынок в основном потребляет готовые плазменные дисплеи, но этот транзистор может заинтересовать разработчиков преобразователей напряжения для сварочного, кранового и тягового оборудования. Основные технические характеристики транзистора IRGP4050:
Uces, макс 250 В
Ic, макс.
-при Тс = 25°C 104 А
-при Тс = 100°C 56 А
Uge ±20 В
Uce(on), тип.
-при Ic = 30 A 1,64 В
-при Ic = 56 А 2,04 В
-при Ic = 104 А 2,60 В
Pd
-при Тс = 25°C 330 Вт
-при Тс = 100°C 130 Вт
Rt переход-корпус , макс 0,38°C/Вт
Rt переход-теплоотвод, тип 0,24°C/Вт
tr, тип. при Tj = 25°C 35 нс
tf, тип. при Tj = 25°C 59 нс
В другой серии, на рабочее напряжение 600 В, фирма IR предложила несколько новинок. В табл.1 приведены характеристики транзисторов, специально разработанных для автоматизированной пайки. Используемый для них корпус ТО-247 – второй по популярности после корпуса ТО-220.
В корпусах TO-247AC SMD и Solder Plate, в отличие от корпуса ТО-247АС, предусмотрена возможность припаивания подложки транзистора к радиатору. Это позволяет применять автоматическую пайку и облегчает теплоотвод благодаря отсутствию теплопроводящей пасты и снижению теплового сопротивления корпус–теплоотвод. Правда, возникает другая проблема – фиксация транзистора к радиатору или печатной плате, поскольку отверстие используется только для фиксации транзистора в процессе пайки. Фирма IR эту проблему решила просто: разработаны специальные прижимные пружины, которые фиксируют транзистор на плате (см. рисунок). В них учтены сила давления и сжатия при фиксации, что исключает возникновение деформаций в корпусе транзистора и обеспечивает надежный прижим.
Следуя тенденции перехода на более компактные корпуса, фирма IR выпустила транзистор IRG4PSC71K без инверсного диода в корпусе ТО-274АА (super ТО-247АС). Отсутствие диода позволило уменьшить внутренние потери при переключении более чем в 3 раза. Также уменьшилось в 2 раза время срабатывания при открытии n-p-перехода. Остальные основные технические характеристики IRG4PSC71K:
Uces, макс 600 В
Ic при 25°C 85 А
Ic при 100°C 60 А
Uce(on), макс 2,3 В
Pd, макс 350 Вт
Ets 3,1 мДж
tr 56 нс
В 2003 году IR представила транзистор IRGх30B60K на 600 В в классе ультрабыстродействующих со стандартной частотой переключения 10–30 кГц, созданный по технологии NPT (non-punch-through) – технологии производства тонких пластин. Применение этой технологии позволило поднять температуру перехода со 150 до 175°С. Мощность рассеивания транзистора 370 Вт при температуре 25°С, максимальный ток 78 А. Несмотря на такую мощность, прямое падение напряжения для подобного типа прибора сравнительно низкое – Uce(on)=1,95 В, низкие также и потери на переключение – 1,785 мДж. Транзистор разработан специально для применения в электроприводах. Он имеет квадратную форму зоны безопасной работы с обратным смещением (RBSOA) и выдерживает короткое замыкание в течение 10 мкс, что повышает надежность разрабатываемых электроприводов. Для удобства разработчика этот транзистор выпускается в трех типах корпусов, что отражено в кодировке: IRGB30B60K (TO-220AB); IRGS30B60K (P2-Pak); IRGSL30B60K (ТО-262).
В 2005 году были предложены транзисторы на рабочее напряжение 1200 В в классе ультрабыстродействующих с частотой 5–40 кГц – IRGPS40B120U и IRGPS40B120UD (со встроенным антипараллельным диодом). Созданы они также по технологии NPT и выпускаются в корпусе Super-247. Благодаря новой технологии в них сокращено время переходных процессов на 70% и вследствие этого снижены внутренние потери на 20%. За счет положительного ТКС происходит самовыравнивание токов в транзисторах при параллельном соединении. В этом случае отпадает необходимость использования дополнительных выравнивающих элементов, что уменьшает габариты и удешевляет конструкцию. Транзистор IRGPS40B120U компания IR рекомендует применять в приводах двигателей на частоте 25 кГц, а транзистор IRGPS60B120KD – в системах бесперебойного питания, сварки, индукционного нагрева и в импульсных источниках питания на частоте 50 кГц. Основные технические характеристики транзисторов приведены в табл.2.
Все перечисленные новинки, кроме оговоренных, не включают вариант Co-Pack, т.е. IGBT-транзистор со встроенным антипараллельным диодом. Такое разделение имеет смысл, так как рассмотренные приборы разрабатывались специально для применения в мостовых схемах, а довольно часто вариант Co-Pack не имеет аналога в дискретном исполнении. Рассмотрим новые приборы, появившиеся в данной серии.
Многие транзисторы вначале выпускались только в одном типе корпусов. Начиная с 2001 года IR, анонсируя новые приборы, предлагает их с несколькими вариантами компоновки, обязательно включая варианты SMD-корпусов, таких как D-Pak, D2-Pak и
TO-262. Во многих сериях транзисторов были добавлены варианты с корпусами D2-Pak и ТО-262 (табл.3).
Продолжая обновлять существующие серии IGBT за счет внедрения технологии NPT для транзисторов и встроенных антипараллельных диодов, IR с 2002 года добавила новые модификации к ультрабыстродействующим приборам – IRGP30B60KD-E, IRG4PH40UD2 и IRGB4B60KD1. Они выпускаются в различных корпусах – ТО-247АС и TO-220AB. Благодаря новой технологии их характеристики существенно улучшены (табл.4), за исключением несколько повышенных потерь при переключении (кроме IRGB4B60KD1) из-за ограничения температуры кристалла до 150°С. В последующих версиях эта проблема была решена. Но за счет квадратной формы RBSOA эти транзисторы можно использовать в силовых приводах, где большие стартовые токи и довольно жесткое переключение.
В 2004 г. IR расширила диапазон транзисторов, выпускаемых в полностью изолированном корпусе TO-220FP с гарантированным напряжением пробоя 2 кВ. Были предложены транзисторы на рабочее напряжение 600 В и стандартную частоту переключения 10–30 кГц. Транзисторы IRGIB7B60KD, IRGIB10B60KD1 и IRGIB15B60KD1 выполнены по технологии NPT, благодаря чему увеличилось гарантированное время непрерывной работы транзистора при температуре кристалла 175°C. Кроме того, транзисторы выдерживают короткое замыкание в течение 10 мкс. Новые изделия имеют квадратную форму RBSOA вплоть до температуры кристалла 175°C. В корпус встроен сверхбыстродействующий диод нового поколения с плавным восстановлением, также выполненный по технологии NPT. Новые транзисторы не нуждаются в отрицательном напряжении смещения для выключения, что упрощает использование управляющих микросхем-драйверов. Все это делает их оптимальными для применения в приводах с жестким стартом и большим стартовым крутящим моментом. Основные технические характеристики транзисторов приведены в табл.5.
Сегодня наибольший интерес представляют мощные IGBT-транзисторы с частотой переключения cвыше 100 кГц, поскольку они могут заменить полевые транзисторы. Такая замена обеспечит повышение мощности от 10 до 80% за счет большей плотности тока по сравнению с аналогичными полевыми транзисторами. В 2004 и 2005 годах IR предложила новое семейство транзисторов на рабочее напряжение 600 В и частоту переключения 150 кГц, которое анонсируется под названием Warp2. В настоящее время иных силовых транзисторов на токи 50 и 75 А с такой частотой переключения не существует, что выделяет семейство Warp2 среди подобных приборов.
Новые транзисторы выпускаются в корпусах ТО-247 и ТО-220. За счет применения технологии NPT в них улучшены характеристики переключения и уменьшен заряд затвора, что обеспечивает повышение плотности тока и увеличение мощности. Положительный ТКС позволяет соединять транзисторы параллельно без дополнительных уравнивающих элементов для обеспечения равномерного распределения тока. Такие транзисторы успешно заменяют полевые при использовании в высокочастотных импульсных источниках питания, подходят они и для работы в коммуникационных системах и серверах.
Последняя новинка в этой серии – транзистор IRGP50B60PD, представленный в январе 2005 года. В нем по сравнению с предыдущей версией существенно увеличен ток встроенного антипараллельного диода – до 25 А. Компания IR рекомендует применять этот транзистор в корректорах коэффициента мощности, мостовых схемах, мощных источниках бесперебойного питания, сварочных аппаратах и различных промышленных силовых устройствах, где ключевым приборам приходится работать в более тяжелых условиях. Основные технические характеристики новых транзисторов приведены в табл.6.
Как показывают практика и расчеты, применение новых поколений приборов позволяет снизить общую стоимость разработки на 10–60% и повысить надежность изделия. Уменьшаются массогабаритные характеристики изделия. В каждом конкретном случае преимущества определяются в зависимости от применения, но использование новых приборов поднимает разрабатываемое изделие на качественно новый уровень.
Любую дополнительную техническую информацию по продукции IR можно получить в отделе технической поддержки компании ЗАО "Золотой Шар", которая работает с IR уже более 10 лет и является первым дистрибьютором IR на российском рынке электронных компонентов.
www.irf.com
Отзывы читателей
