Силовая электроника №3'2015

Обзор продукции компании TECHSEM

Пескин Александр


Китайская компания TECH Semiconductors Co., Ltd. (TECHSEM) была создана в 1966 г. и имеет значительный опыт разработки и производства силовых полупроводниковых устройств. Широкий ассортимент продукции компании известен высоким качеством и хорошей репутацией как на внутреннем рынке Китая, так и в Европе, США, Корее, Японии, Индии и других странах. В статье приведен обзор изделий TECHSEM.

Изделия TECHSEM [1] широко используются во многих областях промышленности, таких, например, как металлургия, электроэнергетика, химическая индустрия, железнодорожный транспорт. Они находят применение также в сварочном оборудовании и оборудовании для плавного старта и питания различных двигателей, в источниках питания, инверторах, преобразователях, выпрямителях и др.

Все приборы имеют маркировку СЕ и исполняются в соответствии с директивой European RoHS (Restriction of Hazardous Substances), ограничивающей использование опасных веществ в производимых электрических и электронных продуктах и запрещающей применение таких компонентов, как ртуть, кадмий, олово и некоторые виды хрома.

Для обеспечения высокого уровня качества продукции TECHSEM придерживается следующих принципов:

  • все бизнес-процессы, включая разработку и производство, проводятся строго в соответствии с рекомендациями ISO 9001: 2008 Системы управления качеством, ISO14001 и OHSAS18001;
  • в процессе производства неукоснительно проводятся проверка и тестирование продукции, включающие оценку внешнего вида и анализ параметров на всех этапах — от стадии присоединения подложки к чипу и до сборки капсулы или модуля;
  • испытание продукции включает четыре категории — обычные проверки всех приборов (группа А), выборочный контроль (группа В), квалификационные испытания (группа С) и квалификационные проверочные испытания (группа D).

Основные виды выпускаемой компанией продукции:

  • мощные полупроводниковые приборы таблеточного (капсульного) типа, к которым относятся низкочастотные, высокочастотные, быстродействующие запираемые и двунаправленные тиристоры, выпрямительные диоды, диоды с быстрым восстановлением, обратно переключаемые динисторы и изолированные капсулированные мощные модули;
  • силовые модули, к которым относятся тиристорные, диодные и тиристорно-диодные модули (изолированного и неизолированного типа), одно- и трехфазные выпрямительные мосты, тиристоры с быстрым отключением, диодные модули с быстрым восстановлением и диоды со сверхбыстрым восстановлением;
  • силовые полупроводниковые сборки, к которым относятся одно- и трехфазные полномостовые сборки, шестифазные мостовые сборки, переключатели переменного напряжения, высоковольтные сборки;
  • различные радиаторы воздушного и водяного охлаждения;
  • сборочно-монтажное оборудование.

Рассмотрим основные виды продукции более подробно.

Приборы капсульного типа

Особенность этих приборов заключается в том, что они упаковываются в герметичные металлические корпуса с керамическими изоляторами — так называемые капсулы. Капсульные приборы разделяются на категории в соответствии с типом используемого в них чипа и электрическими параметрами. Внешний вид одного из таких приборов показан на рис. 1.

Рассмотрим виды приборов капсульного типа [2] подробнее.

Типы капсульных корпусов тиристоров серий КР и КК, а также диодов серии ZP, используемых в зависимости от прямого тока и обратного напряжения, приведены в таблице 1. Все эти приборы приспособлены для одно- и двустороннего охлаждения.

Внешний вид прибора капсульного типа

Рис. 1. Внешний вид прибора капсульного типа


Таблица 1. Типы капсульных корпусов тиристоров и диодов компании TECHSEM (значения указаны при температуре корпуса +55 °C)

Тип корпуса IFAV, A VRRM, B
Тиристоры серии КР
КТ19 600 400
КТ25 1000 400-1000
КТ33 1500
КТ19 500 600-1000
КТ50 2500
КТ73 4000 600-1800
КТ19 400 1200-1800
КТ25 600
КТ33 1000
КТ50 1800
КТ33 2800
КТ50 1200 3000-4200
КТ73 1900
КТ60 2400
КТ38 400 6000-6500
КТ50 900
КТ60 1600
КТ84 2200
КТ100 3500
КТ125 5200
Тиристоры серии КК
КТ33 400 1200-1800
КТ33 800
КТ50 1300
КТ60 2000
КТ73 2700
КТ60 2100 2000-2800
КТ84 3800
КТ100 4800
Диоды серии ZP
ZT19 1000 400
ZT25 1460
ZT33 1990
ZT44 6300
ZT60 8500
ZT19 600 1200-2000
ZT25 1310
ZT33 1680
ZT50 3000
ZT73 6000

Регулируемые по фазе тиристоры серии КР производятся по диффузионной технологии и имеют ступенчатую структуру внутреннего усиления. Тиристоры быстрого включения серии КК могут работать при условии быстрого нарастания тока включения (di/dt), обладают высокими электрическими динамическими характеристиками, такими как низкие потери при переключении и быстрое время выключения. Выпрямительные диоды серии ZP — диффузионно-сплавные.

Пример присвоения обозначения приборам капсульного типа показан на рис. 2.

Пример присвоения обозначения приборам капсульного типа

Рис. 2. Пример присвоения обозначения приборам капсульного типа: 1 — код прибора (Y — обычный прибор; Н — высоковольтный); 2 — диаметр используемого чипа, мм; 3 — тип чипа (KP, KK, ZP); 4 — код спецификации подложки; 5 — градации (рейтинг) прямого тока IFAV/ITAV = Code×100 А); 6 — градации (рейтинг) обратного напряжения (VDRM/VRRM = Code×100 В); 7 — обозначение кода корпуса

Дадим некоторые пояснения к обозначению кода корпуса:

  • К — корпус тиристора;
  • Z — корпус диода;
  • Т — выпуклая поверхность;
  • А — вогнутая поверхность;
  • 60 — код для катода и анода;
  • две последующих буквы — высота корпуса, мм (aT — 14, cT — 26, dT — 35);
  • 65 — опция для альтернативного применения чипа.

На рис. 3 приведен общий вид приборов капсульного типа, а в таблице 2 — ключевые индикаторы их корпусов.

Общий вид прибора капсульного типа

Рис. 3. Общий вид прибора капсульного типа

Таблица 2. Ключевые индикаторы корпусов приборов капсульного типа

Тип корпуса (КТ и ZT)* Диаметр керамического цилиндра, мм Максимальный внешний диаметр катода, мм
19 37 42
25 40,5 42
33 53 59
50 66 74
60 88 100
73 98 110
100 132 142

Примечание: * — тип чипа прибора: КТ — тиристор, ZT — диод.

В таблице 3 приведены соотношения между величиной входного сетевого напряжения (АС) и рекомендованным повторяющимся пиковым значением напряжения запертого прибора (VDRM) и значением обратного напряжения (VRRM).

Таблица 3. Рекомендованные значения напряжений

Входное сетевое напряжение, В Рекомендованные значения
напряжений VDRM и VRRM, В
60 200
125 400
250 800
380 1200
400 1400
440 1400
460 1600
500 1600
575 1800
660 2000
690 2200

На рис. 4 показан прибор капсульного типа с нанесенной на его корпус маркировкой.

Маркировка прибора капсульного типа

Рис. 4. Маркировка прибора капсульного типа: 1 — код капсульного прибора; 2 — диаметр используемого чипа; 3 — тип чипа; 4 — код спецификации подложки; 5 — код рейтинга прямого тока; 6 — код рейтинга обратного напряжения; 7 — код даты выпуска; 8 — матричный код, содержащий сведения о продукте, номерах партий, производственной и измерительной линий и о дате выпуска

К основным техническим параметрам приборов капсульного типа относятся:

  • усредненный прямой ток диода IFAV/усредненный ток включенного тиристора ITAV;
  • пик (выброс) прямого тока диода IFSM/тиристора IFSM;
  • пиковый интеграл нагрузки i2t;
  • повторяющееся пиковое напряжение на запертом приборе VDRM/повторяющееся пиковое обратное напряжение VRRM;
  • пиковое значение обратного тока утечки IDRM/пиковый обратный ток IRRM;
  • пороговое напряжение VТО;
  • сопротивление в проводящем направлении rF;
  • пиковый прямой ток диода IFM/пиковый ток открытого тиристора ITM;
  • пиковое напряжение проводящего диода VFM/открытого тиристора VTM
  • время коммутации тока при выключении тиристора tq;
  • критическая скорость нарастания напряжения открытого тиристора du/dt;
  • термическое сопротивление соединения с корпусом Rth(j-c);
  • термическое сопротивление соединения корпуса к тепловой подложке Rth(c-hs).

Для получения максимально возможного тока тиристорной или диодной капсулы чаще всего используется двустороннее охлаждение (Double-sided Cooling, DSC). В этом случае изделие зажимается между двумя идентичными тепловыми приемниками. Возможно также применение одностороннего охлаждения (Single-sided Cooling, SSD).

Могут использоваться воздушно-охлаждающие либо водно-охлаждающие тепловые приемники. В первом случае они должны быть смонтированы так, чтобы их охлаждающие наконечники были параллельны направлению охлаждающего воздуха и расположены близко к воздушным входам так, чтобы воздух предварительно не нагревался другими компонентами.

С целью гарантии хорошего электрического и термического контакта контактные поверхности тепловых приемников должны быть очищены до металлического блеска, а их плоскость должна иметь неровности, не превышающие 50 мкм на дюйм, а сами неровности должны быть менее 10 мкм. Контактные площадки должны быть покрыты тонким слоем (100 мкм) термического компаунда, такого, например, как Penetrox A или А13.

Силовые модули

Силовые модули TECHSEM [3] выполнены по различным схемным топологиям: тиристоры (серии МТ и МТС), выпрямительные диоды (серии MD и MDC), гибридные модули (серия MFC) и выпрямительные мосты (серия MDS). Диапазон выходных токов этих изделий составляет 26-570 А, а максимальное обратное напряжение достигает 3600 В. Помимо указанной выше маркировки СЕ, силовые модули имеют дополнительную маркировку компании по стандартизации и сертификации в области техники безопасности UL (Underwriters Laboratories Inc.).

Внешний вид одного из вариантов силового модуля показан на рис. 5.

Внешний вид одного из вариантов силового модуля

Рис. 5. Внешний вид одного из вариантов силового модуля

Силовые модули сортируются в соответствии с типом и схемной топологией (табл. 4).

Таблица 4. Сортировка силовых модулей

Тип Состав Серия Варианты корпусов* Диапазон напряжений, В Диапазон токов, А
Тиристорный модультиристор МТ 417F2 400-250026-570
полумостовая схема МТС 216F3, 223F3, 413F3, 416F3
Модуль выпрямительных диодовдиод MD 417F2
полумостовая схема MDC 216F3, 223F3, 413F3, 416F3
Гибридные модули (диоды и тиристоры)   MFC 216F3, 223F3, 413F3, 416F3 1200-2500
Трехфазные выпрямительные мосты   MDS 218Н5, 219Н5, 221Н5 800-2200 50-200

Примечание: * — варианты корпусов зависят от упаковочных размеров модулей

Для различных применений могут использоваться семь различных схемных топологий силовых модулей (рис. 6): MTC, MFC, MDC, MD, MT, MDS и MDQ.

Различные схемные топологии силовых модулей

Рис. 6. Различные схемные топологии силовых модулей

В зависимости от упаковочных размеров модулей имеется восемь различных их корпусов (рис. 7).

Корпуса силовых модулей

Рис. 7. Корпуса силовых модулей

Размеры корпусов силовых модулей приведены в таблице 5. Все модули имеют стандартный допуск на размер ±0,5 мм.

Таблица 5. Размеры корпусов силовых модулей

Тип корпуса Длина, мм Ширина, мм Высота, мм
223F3 92 21 30
216F3 94 34 29,2
413F3 115 50 50
417F2 100 50 52
416F3 150 60 50,5
218H5 80 39,9 27,5
219H5 80 40 27,5
221H5 110 50 29

Пример присвоения обозначения силовым модулям показан на рис. 8.

Пример присвоения обозначения силовым модулям

Рис. 8. Пример присвоения обозначения силовым модулям: 1 — схемная топология; 2 — нормированный ток ITAV, А; 3 — класс напряжения (VDRM/VRRM = Class×100 В); 4 — тип корпуса (рис. 7); 5 — опция

При применении модулей можно использовать те же соотношения между величиной входного сетевого напряжения (АС) и рекомендованным повторяющимся пиковым значением напряжения запертого прибора и значением обратного напряжения, что приведены в таблице 3 для приборов капсульного типа.

На рис. 9 показан один боковой вид силового модуля с нанесенной на его корпус маркировкой. На рис. 10 показана маркировка, нанесенная на другой бок силового модуля.

Боковой вид силового модуля с нанесенной маркировкой

Рис. 9. Боковой вид силового модуля с нанесенной маркировкой: 1 — код типа корпуса (6G)/код топологии (TC)/производственный номер (М134021)/номер модуля при выпуске; 2 — код класса напряжения; 3 — код выхода годных; 4 — код дополнительных данных
Другой боковой вид силового модуля с нанесенной маркировкой

Рис. 10. Другой боковой вид силового модуля с нанесенной маркировкой: 1 — логотип фирмы; 2 — маркировочный знак; 3 — тип модуля/класс напряжения/тип корпуса/номер партии; 4 — схема топологии

Полупроводниковые компоненты модулей весьма чувствительны к перенапряжению и токовым перегрузкам. Наиболее популярные методы защиты от перенапряжений:

  • использование гасящих резисторов и сглаживающих конденсаторов;
  • использование гасящих цепей на стороне АС;
  • использование защитных варисторов и кремниевых лавинных диодов.

Для защиты компонентов от превышения тока, помимо радиаторов с воздушным и водяным охлаждением, могут использоваться прерыватели или предохранители в мощных цепях.

С целью получения более безопасных напряжений на них диоды и тиристоры можно соединять последовательно. Это важно для получения более однородного распределения напряжений на приборах. При этом напряжение на каждом диоде или тиристоре должно быть, по крайней мере, на 10% ниже, чем при применении одного прибора. При параллельном соединении диодов и тиристоров они должны иметь схожие характеристики проводимости и работать при прямых токах, не превышающих 80% от максимально допустимого значения.

К основным техническим параметрам силовых модулей относятся:

  • средний прямой ток диода IF(AV)/средний ток включенного тиристора IT(AV);
  • выброс прямого тока диода или тиристора IFSM;
  • интегральная пиковая нагрузка i2t;
  • повторяющееся пиковое напряжение запертого прибора VDRM/повторяющееся пиковое обратное напряжение VRRM;
  • пиковая величина утечки обратного тока IDRM/пиковая величина обратного реверсного тока IRRM;
  • пороговое напряжение VTO;
  • сопротивление в проводящем направлении rF;
  • пиковое напряжение проводящего диода VFM/открытого тиристора VTM;
  • время коммутации тока при выключении тиристора tq;
  • критическая скорость нарастания тока открытого тиристора di/dt,
  • критическая скорость нарастания напряжения открытого тиристора du/dt,
  • термическое сопротивление соединения с корпусом Rfh(j-c);
  • испытательное напряжение изоляции Viso.

Рекомендации по монтажу силовых модулей остаются такими же, как и по монтажу приборов капсульного типа.

Силовые полупроводниковые сборки

Силовые полупроводниковые сборки имеют ряд преимуществ: возможность коммутации больших токов, быстрота включения (высокое значение нарастания тока включения di/dt), высокая надежность, долговечность и относительно небольшая стоимость.

Силовые сборки представляют собой определенным образом соединенные диоды, тиристоры и динисторы (сочетание транзистора и тиристора), выполненные в виде уже упоминавшихся капсул и модулей и собранные в так называемые колонны (стеки). В соответствии с требованием заказчика такие сборные конструкции могут быть специально разработаны для обеспечения всех электрических функций, включая коммутацию и защиту.

В некоторых сборках используются приборы со структурой обратно-переключаемого динистора (Reversevly Switching Dynistor, RSD), что обеспечивает возможность переключения ими очень больших токов. RSD переключается коротким (1-3 мкс) импульсом обратного тока от триггерной схемы. Во время этого импульса ток протекает через полупроводниковый переход, образуя тонкий слой плазмы, которая рассасывается, когда приложенная полярность напряжения возвращается к начальному состоянию.

Внешние виды некоторых полупроводниковых сборок показаны на рис. 11.

Внешние виды некоторых полупроводниковых сборок

Рис. 11. Внешние виды некоторых полупроводниковых сборок

Типы предлагаемых компанией TECHSEM силовых полупроводниковых сборок показаны на рис. 12-17. В таблице 6 приведены данные о некоторых свойствах и параметрах сборок всех указанных на рисунках серий.

Схемные топологии полупроводниковых сборок серии В2

Рис. 12. Схемные топологии полупроводниковых сборок серии В2: В2U — однофазный выпрямительный мост; B2C — однофазный полноуправляемый мост; B2HK, B2HA, B2HZ — однофазные полууправляемые мосты
Схемные топологии полупроводниковых сборок серии В6

Рис. 13. Схемные топологии полупроводниковых сборок серии В6: B6U — трехфазный выпрямительный мост; B6C — трехфазный полноуправляемый мост; B6HK — трехфазный полууправляемый мост
Схемные топологии полупроводниковых сборок серии М6

Рис. 14. Схемные топологии полупроводниковых сборок серии М6: M6UK — шестифазный неуправляемый мост с соединенными катодами; M6UA — шестифазный неуправляемый мост с соединенными анодами; M6CK — шестифазный управляемый мост с соединенными катодами; M6CA — шестифазный управляемый мост с соединенными анодами
Схемные топологии переключателей серии W

Рис. 15. Схемные топологии переключателей серии W: W1C — однофазный переключатель переменного напряжения; W3C — трехфазный переключатель переменного напряжения; W3C2 — трехфазный переключатель переменного напряжения с одной замкнутой фазой
Схемные топологии полупроводниковых сборок серии В6С

Рис. 16. Схемные топологии полупроводниковых сборок серии В6С: (В6С)2 — трехфазный полноуправляемый мост с разомкнутыми цепями катодов и анодов; (В6С)2I — трехфазный полноуправляемый мост с замкнутыми цепями катодов и анодов
Схемные топологии высоковольтных сборок серии HV

Рис. 17. Схемные топологии высоковольтных сборок серии HV: HVC — сборка с последовательно включенными тиристорами; HVU — сборка с последовательно включенными диодами; HVS (RDS) — сборка с последовательно включенными динисторами

Таблица 6. Свойства и параметры различных силовых полупроводниковых сборок компании TECHSEM

Метод охлаждения Тип устройства Тип прибора Диапазон выходных токов Id, А Диапазон напряжений, В
Серия В2
Воздушный Модульный В2х-ххх-хххFA 40-160 100–2000
В2х-ххх-хххFB 180-200
В2х-ххх-хххFС 250-400
Капсульный В2х-ххх-хххFD 300-800
В2х-ххх-хххFE 800-1200
В2х-ххх-хххFF 1200-2000
Водяной В2х-ххх-хххSA(B/C/D/E) 100-2500
В2х-ххх-хххSA(F/G/H) 100-2500
Серия В6
Воздушный Модульный В6х-ххх-хххFA 80-200 100–2000
В6х-ххх-хххFB 200-300
В6х-ххх-хххFС 300-500
Капсульный В6х-ххх-хххFD 400-1600
В6х-ххх-хххFE 1000-2000
В6х-ххх-хххFF 1500-3000
Водяной В6х-ххх-хххSA(B/C/D/E) 300-4000
Серия В6С
Воздушный Модульный(B6C)2x-xxx-xxxFA 80-150 100-2000
(B6C)2x-xxx-xxxFB 200-260
Капсульный(B6C)2x-xxx-xxxFE 800-1200
(B6C)2x-xxx-xxxFF 1500-2000
Высоковольтные сборки серии HV
Воздушный   HVx-xxx-xxxFx 50-500 3000-30000
Водяной   HVx-xxx-xxxSx 50-1000 3000-8000
Серия М6
Метод охлажденияТип устройстваТип прибораДиапазон выходных токов для приборов типа «двойной звезды» Id, АДиапазон напряжений, В
с балансной катушкой без балансной катушки
Воздушный Модульный М6х-ххх-хххFA 150-350 130-300 100–2000
М6х-ххх-хххFB 450-600 350-500
М6х-ххх-хххFС 800-1200 600-800
Капсульный М6х-ххх-хххFD 1500-2500 1200-2000
М6х-ххх-хххFE 3000-4000 2500-3400
М6х-ххх-хххFF 5000-6000 4000-5000
М6х-ххх-хххFG 1500-1800 1000-1500
Водяной М6х-ххх-xxxSА(В/С/D/Е) 500-8000 400-5000
Переключатели серии W
Метод охлаждения Тип устройства Тип прибора Диапазон выходных токов IRMS, А Диапазон напряжений, В
Воздушный Модульный W1C-xxx-xxxFA 90-150 100–2000
W1C-xxx-xxxFB 200-250
W1C-xxx-xxxFC 300
Капсульный W1C-xxx-xxxFD 400-800
W1C-xxx-xxxFE 1000-1200
W1C-xxx-xxxFF 1500-1800
Водяной Капсульный W1C-xxx-xxxSA(B/C/D/E) 600-2500
W1C-xxx-xxxSI(J/K) 800-1200
W1C-xxx-xxxSL 800
Воздушный Модульный W3C-xxx-xxxFB 90-150
W3C-xxx-xxxFC 200-250
W3C-xxx-xxxFD 300
Капсульный W3C-xxx-xxxFE 400-800
W3C-xxx-xxxFA 1000-1200
W3C-xxx-xxxFF 1500-1800

Радиаторы

TECHSEM выпускает широкий ассортимент радиаторов как с воздушным, так и с водяным охлаждением. В таблице 7 в качестве примера представлены некоторые из них.

Таблица 7. Радиаторы производства фирмы TECHSEM

Метод охлаждения Тип радиатора Внешний вид радиатора Тип радиатора Внешний вид радиатора
Водяной SS11
RSS51
SS12
SS13
SS14
SS15
SS16
SS17
SS11BL
RSS61
SS12BL
SS13BL
SS14BL
SS15BL
SS16BL
SS17BL
RSS11
DSS3
RSS21 DSS5
RSS41 DSS8
RSS31
HSS3
ВоздушныйSF12
Wxx
SF13
SF14
SF15
SF16
SF17

Литература

  1. www .tech-sem.com
  2. Technical Information Techsem Capsule Device
  3. Technical Information Techsem Module
  4. www .ic-contract.ru/services/lines/item/661-tech-semiconductors-co-ltd-techsem.html
*  *  *

Другие статьи по этой теме


Скачать статью в формате PDF

Скачать статью в формате PDF 2015_03_10.pdf  

 
ПОДПИСКА НА НОВОСТИ

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