Силовая электроника №2'2004

IXYS – высокое качество и надежность компонентов силовой электроники

Иван Полянский


Корпорация IXYS выпускает широкий спектр компонентов силовой электроники: 1. силовые диоды: выпрямительные, сверхбыстрые, Шоттки, GaAs, SiCa и др.; 2. дискретные MOSFET и IGBT транзисторы в стандартных и изолированных корпусах; 3. MOSFET и IGBT силовые модули различной конфигурации; 4. микросхемы управления MOSFET / IGBT; 5. силовые тиристоры и тиристорные модули; 6. высоковольтные защитные диоды; 7. заказное оборудование.


В настоящее время на российском рынке силовой электроники представлено большое количество западных производителей, многие из которых работают здесь уже более 10 лет. Можно сказать, что этот рынок устоялся. Вместе с тем можно наблюдать некоторый «перекос» предложения в сторону недорогих компонентов, ориентированных на массовое применение, и медленное развитие рынка для ответственных приложений, где необходимо обеспечить лучшие в своем классе параметры. Компания IXYS специализируется на производстве именно высококачественной силовой электроники для различных областей применения. Корпорация IXYS выпускает широкий спектр компонентов силовой электроники:

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

Нужно отметить, что в компании существует разделение по классу компонентов силовой электроники — компания WESTCODE (часть IXYS) специализируется на изделиях большой мощности для систем индукционного нагрева, энергетики, транспорта, военной техники.

WESTCODE выпускает:

  • выпрямительные диоды на напряжения до 6 кВ, 3 кА;
  • быстрые диоды до 6 кВ, 4 кА;
  • тиристоры, управляемые фазой, до 4,5 кВ, 6 кА;
  • быстрые тиристоры: с распределенным затвором, запираемые тиристоры на напряжения до 6 кВ и токи до 4 кА;
  • GTO-тиристоры до 4,5 кВ и 2 кА;
  • импульсные тиристоры;
  • сборки press-pack IGBT в стандартных таблеточных корпусах для отказоустойчивых приложений (транспорт, энергетика и т. п.);
  • высоковольтные IGBT драйверы (до 5,2 кВ, 3 кА);
  • высоковольтные конденсаторы;
  • заказные модули и сборки, поставка готового оборудования.

Среди выпускаемых IXYS дискретных компонентов присутствуют изделия в изолированных корпусах: ISOPLUS220, ISOPLUS247, ISOPLUS i4-PAC (рис. 1). Это модификации стандартных промышленных корпусов с изолированным теплоотводом на основе керамики DCB/DAB (медь или алюминий). Напряжение изоляции 2500 В, среднее тепловое сопротивление «кристалл — корпус» порядка 0,3 K/Вт.

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

Рис. 2. Внутренняя схема изолированного корпуса
Рис. 2. Внутренняя схема изолированного корпуса

Корпус i4-PAC является модификацией TO-264 с пятью выводами; в нем можно найти не только дискретные элементы, но и различные сборки: «диод-транзистор», «транзистор-транзистор», выпрямительные мосты, тиристорные сборки и др. Для применения в автомобильной электронике и для приложений с большим током выпущен корпус ISOPLUS-DIL с отдельно стоящими сильноточными выводами и управляющими контактами (рис. 3).

Рис. 3. Корпус ISOPLUS-DIL
Рис. 3. Корпус ISOPLUS-DIL

IXYS выпускает IGBT транзисторы и силовые модули:

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

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

Особое внимание уделено развитию новой технологии NPT3 IGBT — она является развитием широко известной NPT-технологии, улучшенной по параметру «потери переключения» (в среднем на 20–25%). Среди выпускаемых в настоящее время IGBT можно найти как дискретные компоненты, так и модули с NPT3 IGBT кристаллами.

В начале года были выпущены новые IGBT 6-pack модули диапазона до 440 А, 1200 и 1700 В (рис. 4, табл. 1).

Рис. 4. Новые 6-раск модели IGBT
Рис. 4. Новые 6-раск модели IGBT
Таблица 1. Новые 6-раск IGBT-модули
Таблица 1. Новые 6-раск IGBT-модули

Модули выполнены по технологии NPT3 на DCB-керамике с медным основанием и содержат шесть транзисторов конфигурации phase-leg. Три фазы могут быть использованы раздельно либо в параллельном включении. Технология NPT3 позволяет уменьшить падение напряжения и потери при переключениях. В качестве обратных диодов применены новые SONIC-диоды, что позволило поднять рабочую частоту до 20 кГц. Типовые приложения модулей: трехфазный электропривод, сварочная техника, источники вторичного электропитания, ветрогенераторы и др.

Для электротранспорта выпущены мощные модули NPT3 IGBT с расширенной областью безопасной работы (SOA) (рис. 5, табл. 2).

Рис. 5. Модули с расширенной областью безопасной работы SOA
Рис. 5. Модули с расширенной областью безопасной работы SOA
Рис. 6. Модули IGBT
Рис. 6. Модули IGBT

Компания IXYS предлагает для транспортных приложений изделия на подложке AlSiCa с улучшенными характеристиками термоциклирования с изоляцией на основе нитрида алюминия AlN. Изделия с медным основанием и подложкой из оксида алюминия планируются в будущем.

Сейчас предлагается два варианта исполнения: с изоляцией 6 и 10,2 кВ (HV-версия). Все модули выполнены по технологии NPT3 и предлагают комбинацию низких потерь на переключениях с новыми границами области безопасной работы (SOA). В подтверждение своей репутации производителя компонентов высокой надежности IXYS предлагает HP-модули для использования в жестких условиях эксплуатации: приложения с большой индуктивной нагрузкой, где за счет расширенной области безопасной работы может быть улучшена общая надежность системы.

Технология NPT3 с улучшенными характеристиками переключения дает разработчику новые возможности проектирования, уменьшая требования к величине dV/dt при выключении.

Особого внимания заслуживают дискретные IGBT 1700 В, поскольку такая продукция не представлена так широко у других производителей. При выборе IGBT необходимо большое внимание уделять встроенному обратному диоду, а именно его быстродействию, характеристике переключения и току. У IXYS можно найти сборки с диодом, оптимизированным для различных режимов: обратный диод, чопперы buck&boost, диод для корректора коэффициента мощности, диод с низкой емкостью для высокоскоростных приложений, диод с мягким переключением.

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

  • стандартные N-канальные MOSFET транзисторы;
  • высокоскоростные MOSFET семейства HiPerFET;
  • Q2 — семейство высокоскоростных MOSFET с низким сопротивлением канала и зарядом затвора;
  • CoolMOS в изолированных корпусах с быстрым обратным диодом (CoolMOS — торговая марка компании Infineon);
  • P-канальные MOSFET транзисторы;
  • радиочастотные MOSFET транзисторы (F-класс);
  • MOSFET с отрицательным напряжением закрытия (depletion mode);
  • низковольтные Trench MOSFET с ультранизким сопротивлением канала;
  • новое семейство PolarHT с низким сопротивлением канала;
  • MOSFET силовые модули основных и специализированных конфигураций.

Новое семейство Q2 стало результатом нового дизайна кристалла, позволившего снизить заряд переключения и емкость Миллера транзистора. Технология двойной металлизации позволила существенно уменьшить сопротивление канала. Благодаря использованию высокоскоростного встроенного диода, новое семейство позволяет значительно снизить потери при переключении и обеспечивает работу в мегагерцевом диапазоне.

Радиочастотные транзисторы F-класса изготавливаются по запатентованной технологии с двойной металлизацией и сопротивлением затвора менее 0,01 Ом. Транзисторы имеют очень низкий заряд затвора, что позволяет их эффективно использовать на высоких частотах в плазменных генераторах, радиочастотных передатчиках, измерительной технике, высокочастотных источниках питания. Транзисторы доступны как в стандартных, так и в радиочастотном корпусе с низкой индуктивностью и обеспечивают работу на частотах до 175 МГц с линейной характеристикой.

Широко представлены высоковольтные MOSFET транзисторы на 1000–1200 В, оптимизированные для различных режимов: высокоскоростные семейства Q2 и HiPerFET с быстрым диодом, стандартные N-канальные транзисторы в изолированных корпусах.

Семейство CoolMOS представлено спектром дискретных транзисторов на напряжения 600–800 В со встроенным быстрым диодом. Основной недостаток технологии CoolMOS— медленный обратный диод, который накладывает ограничение на рабочую частоту. IXYS предлагает CoolMOS в изолированных корпусах со встроенным быстрым диодом (IXKF40N60SCD1) для построения мостовых схем в разнообразных источниках питания.

Драйверы управления представлены семействами драйверов нижнего ключа (IXD_4xx), полумостового драйвера IX6R11, полумостового чипсета IXBD4410/4411, микросхем однои трехфазных ШИМ-контроллеров (IXDP610, IXDP630), а также высоковольтных токовых регуляторов.

Семейство IXD_4xx обеспечивает выходной ток 2–30 А и скорость переключения 25 нс на 1000 пФ. Существуют высокочастотные драйверы радиочастотных транзисторов (DEIC420, IXDN415) со скоростью переключения 2 нс.

IX6R11 — полумостовой драйвер на 650 В, выходной ток 6 А и напряжение питания 35 В предназначен для управления полумостовыми схемами различных преобразователей. Микросхема работает в температурном диапазоне –55… +125 °С и имеет модификацию корпуса с низким тепловым сопротивлением <0,65 K/Вт. Существует корпус, повыводно совместимый с IR2110.

IXBD4410/4411 — набор из микросхем нижнего и верхнего ключа соответственно на частоты до 200 кГц и переменное напряжение 575 В (рис. 7). Чипсет позволяет получить изоляцию верхнего и нижнего ключа 2500 В при помехозащищенности на уровне 50 В/нс и питании 10–25 В, отрицательное напряжение закрытия 5 В, выходной ток 2 А, защиту от превышения тока, защиту от перенапряжения верхнего и нижнего ключа и кросс-емкости. Для изоляции используется интерфейсный трансформатор в корпусе DIP-8 TX002-4400.

Рис. 7. Плата управления IGBT-модулем GDBD4410
Рис. 7. Плата управления IGBT силовым модулем GDBD4410

IXYS выпускает платы для быстрого освоения микросхем управления (EVDxxx) и производит готовые модули управления (например, GDBD4410 для управления трехфазными IGBT-модулями серии MUBW).

Данное изделие является законченным решением для управления электроприводом: модуль MUBW содержит выпрямитель, тормозной транзистор и трехфазный инвертор, а плата управления обеспечивает все необходимые уровни защиты и адаптированную разводку для получения оптимальных характеристик. Методики расчета управляющих схем с рекомендациями можно найти на сайте www.ixys.com.

Семейство биполярных продуктов представлено широким спектром диодов и тиристоров:

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

Активно развивается семейство диодов на основе GaAs, для которых характерно отсутствие температурной зависимости потерь переключения и меньшая величина времени восстановления обратного сопротивления (рис. 8).

Рис. 8. Характеристика переключения GaAs-диода
Рис. 8. Характеристика переключения GaAs-диода

Области применения GaAs-диодов: DC-DCконверторы, корректоры коэффициента мощности, различные источники питания (рис. 9)

Данные диоды применены в DC/DC-преобразователе Tyco/Electronics FW300A1-A, что позволило поднять частоту преобразования до 500 кГц на мощности 300 Вт при входном напряжении 36-75 В и выходном — 5 В. Частот­ный диапазон GaAs-диодов — до 2 МГц. В на­стоящее время выпущены диоды до 300 В (и по­следовательно соединенные сборки на 600 В).

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

Тиристоры и тиристорные модули широко представлены как в виде дискретных изделий, так и в виде сборок различной конфигурации. Следует обратить внимание на тиристоры в корпусе i-4 PAC, SOT-227 и двойные тирис­торные модули 19-500 А в стандартных про­мышленных корпусах (рис. 10).

Рис. 10. Тиристорные модели IXYS
Рис. 10. Тиристорные модели IXYS

Для приложений, требующих высокой на­дежности при большой мощности, выпущены IGBT сборки в таблеточном исполнении (рис. 11, табл. 3). Данные изделия востребованы на транспорте, в энергетике, системах индукци­онного нагрева, физике и военной технике.

Рис. 11. Press-pack IGBT
Рис. 11. Press-pack IGBT
Таблица 3. Модели press-pack IGBT
Таблица 3. Модели press-pack IGBT

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

Рис. 12. Драйвер управления C0030BG400
Рис. 12. Драйвер управления C0030BG400

Для управления press-pack IGBT выпущен модуль управления C0030BG400 со следую­щими характеристиками (рис. 12):

  • выходной ток — 30 А;
  • изоляция — 10 кВ;
  • оптический интерфейс;
  • защита от короткого замыкания.

    Драйвер также может быть использован для управления IGBT силовыми модулями большой мощности.

В заключение отметим, что IXYS является признанным производителем качественной силовой электроники и появление его про­дукции на российском рынке должно дать разработчикам возможности получения ка­чественно новых характеристик проектируемых изделий.

*  *  *

Другие статьи по этой теме


Скачать статью в формате PDF

Скачать статью в формате PDF 2004_02_12.pdf  

 
ПОДПИСКА НА НОВОСТИ

Оцените, пожалуйста, удобство и практичность (usability) сайта:
Хорошо
Нормально
Плохо