Развитие IGBT-модулей от «Электрум АВ»

№ 6’2018
PDF версия
Компания «Электрум АВ» производит силовые IGBT-модули уже почти пятнадцать лет. За это время менялись технология и конструкции, комплектация и технические характеристики модулей... Заказчик диктовал все более жесткие требования, а значит, необходимо было и постоянное развитие. О путях развития IGBT-модулей и пойдет речь в статье.

Конструктив первых IGBT-модулей обусловило изначальное направление производства «Электрум АВ» — твердотельные реле. В качестве прототипов в то время были выбраны реле производства Crydom, и в частности, разработан корпус, аналогичный по габаритным и присоединительным размерам мощным модулям от Crydom. Этот конструктив получил наименование ДМ (рис. 1). И именно в этом конструктиве были изготовлены первые IGBT-модули, на несколько лет определившие первое поколение данного типа изделий.

Внешний вид модулей в конструктиве ДМ

Рис. 1. Внешний вид модулей в конструктиве ДМ

С технической точки зрения не было препятствий для создания IGBT-модулей в конструктиве и с технологиями твердотельных реле. Ведь конструктивно реле также представляет собой сборку силовых транзисторов, расположенных на радиаторе, и установленную выше плату управления. Если убрать плату управления, фактически получается IGBT-модуль. Таким образом, первое поколение IGBT-модулей представляло собой сборку корпусных транзисторов в модуле с объемной герметизацией, по габаритным и присоединительным размерам приближенным скорее к реле, нежели к IGBT-модулям как таковым.

Первое поколение имело преимущества в простоте технологии и дешевизне, при этом обладая высокой надежностью в работе со средней нагрузкой. Однако в жестких режимах эксплуатации проявлялись недостатки «релейного» подхода: реле, практически не имея динамических потерь, гораздо менее требовательно к тепловому сопротивлению, нежели, например, полумост, работающий на том же токе и напряжении, но при частоте 20 кГц. Необходимо было уменьшать тепловое сопротивление, чего можно было достичь только заменой корпусных транзисторов на кристаллы. Разумеется, кристаллы транзисторов также являли собой следующее поколение IGBT-транзисторов, что позволило улучшить и технические характеристики модулей (табл. 1). И если в конструктивном плане для потребителя это изменение было практически незаметно, то в плане технологии это была почти революция. Следовательно, и такие модули, хотя и конструктивно не отличались от предыдущих, имели иные особенности в плане технологии производства, а потому являлись уже поколением 1+.

Таблица 1. Основные параметры IGBT-транзисторов поколения 1 (в скобках) и поколения 1+ (без скобок)

Наименование параметра, единица измерения

Обозначение

Значение

Мин.

Тип.

Макс.

Предельнодопустимые режимы

Напряжение коллектор-эмиттер (не более), В

VCES

 

 

1200 (1200)

Напряжение затвор-эмиттер (не более), В

VGE

–20 (–20)

 

20 (20)

Постоянный ток коллектора при Тc= +25 °С (не более), А

IC

 

 

105 (100)

Импульсный ток коллектора при tимп = 1 мс (не более), А

ICM

 

 

300 (240)

Температура перехода (не более), °С

Tj

–55 (–55)

 

150 (150)

Статические характеристики

Пороговое напряжение затвор-эмиттер, В

VGE (th)

5 (4)

 

6,5 (6)

Ток утечки затвора (не более), нА

IGES

–600 (–100)

 

600 (100)

Напряжение насыщения коллектор-эмиттер (не более), В

VCE(on)

 

1,65 (2,5)

2,05 (2,75)

Ток утечки коллектора (не более), мкА

ICES

 

 

500 (100)

Динамические характеристики

Входная емкость (типовая), пФ

Cies

 

7210 (4300)

 

Проходная емкость (типовая), пФ

Cres

 

377 (395)

 

Время задержки включения (не более), нс

td(on)

 

 

290 (94)

Время нарастания (не более), нс

tr

 

 

50 (45)

Время задержки выключения (не более), нс

td(off)

 

 

520 (400)

Время спада (не более), нс

tf

 

 

90 (58)

К поколению 1+ следует отнести менее мощные IGBT-модули в конструктивном исполнении Е2, чей внешний вид приведен на рис. 2, они также имели в своей основе кристаллы. Однако в отличие от ДМ конструктив Е2 изначально был заточен под IGBT-транзисторы, и его дальнейшее изменение практически не требовалось. А вот для ДМ назревала необходимость кардинальных изменений. Причина этих изменений все в том же изначальном базисе — релейной конструкции. В свое время габаритные и присоединительные размеры не были критичны для потребителя, но прогресс не стоял на месте, импортные модули активно завоевывали рынок, и потребитель стал желать «так же». Требовались те же габаритные размеры, как у «стандартных» импортных модулей, последовательное расположение шин для полумоста; «+» и «–», расположенные на линии не вдоль модуля, а поперек, уже не удовлетворяли сложившимся представлениям о топологии преобразователей. Ответом на требования заказчика стала разработка нового, второго поколения IGBT-модулей.

Внешний вид модулей в конструктиве Е2

Рис. 2. Внешний вид модулей в конструктиве Е2

Второе поколение — это модули в конструктивах, аналогичных наиболее распространенным импортным конструкциям, таким как 62-мм корпус, имеющийся в номенклатуре почти всех производителей силовых модулей, и аналоги конструктивов sp6 и sp4 от Microsemi. Эти модули получили обозначения Е3, М1 и М2 соответственно (рис. 3–5).

Внешний вид модулей в конструктиве Е3

Рис. 3. Внешний вид модулей в конструктиве Е3

Внешний вид модулей в конструктиве М1

Рис. 4. Внешний вид модулей в конструктиве М1

Внешний вид модулей в конструктиве М2

Рис. 5. Внешний вид модулей в конструктиве М2

Таким образом, второе поколение IGBT-модулей уже полностью отвечало требованиям современного представления о силовом IGBT-модуле, причем и в плане конструкции, и в плане технологии, и в плане технических характеристик. Доказательством тому служит сравнение модулей FF200R12KE3 и М12-200-12-Е3, приведенное в таблице 2.

Таблица 2. Сводная таблица параметров модулей FF200R12KE3 и М12-200-12-Е3

Наименование параметра, единица измерения

Обозначение

Значение

 

 

Мин.

Тип.

Макс.

Основные характеристики

Пробивное напряжение коллектор-эмиттер (не менее), В

V(BR)CES

1200 (1200)

 

 

Постоянный ток силовой цепи (не более), А

IDC

 

 

200 (200)

Рассеиваемая мощность (не более), Вт

PD

 

 

1050 (830)

Тепловое сопротивление кристалл-теплоотвод IGBT, °С/Вт

RT(j-c)

 

 

0,12 (0,15)

Статические характеристики

Пороговое напряжение затвор-эмиттер, В

VGE (th)

5 (4,5)

 

6,5 (6,5)

Ток утечки затвора (не более), нА

IGES

–400 (–500)

 

400 (500)

Напряжение насыщения коллектор-эмиттер (не более), В

VCE(on)

 

1,7 (1,7)

2,15 (2,2)

Ток утечки коллектора (не более), мкА

ICES

 

 

500 (100)

Динамические характеристики

Входная емкость (типовая), пФ

Cies

 

14000 (6000)

 

Проходная емкость (типовая), пФ

Cres

 

250 (300)

 

Время задержки включения (не более), нс

td(on)

 

 

250 (200)

Время нарастания (не более), нс

tr

 

 

90 (200)

Время задержки выключения (не более), нс

td(off)

 

 

550 (700)

Время спада (не более), нс

tf

 

 

130 (150)

Общий заряд затвора (типовой), нКл

QG

 

 

1900 (800)

Предельнодопустимые режимы

Напряжение коллектор-эмиттер (не более), В

VCES

 

 

1200 (1200)

Напряжение затвор-эмиттер (не более), В

VGE

–20 (–20)

 

20 (20)

Постоянный ток коллектора при Тc=+25 °С (не более), А

IC

 

 

295 (240)

Постоянный ток коллектора при Тc=+100 °С (не более), А

IC

 

 

200 (200)

Импульсный ток коллектора при tимп = 1 мс (не более), А

ICM

 

 

800 (600)

Температура перехода (не более), °С

Tj

–40 (–40)

 

150 (150)

Если отличия в поколениях 1 и 1+ заключались прежде всего в технологиях и почти не коснулись конструкции, то отличия между поколениями 1+ и 2, наоборот, в большей степени относились к конструкции, в то время как технологические изменения были уже не столь значительны. И поскольку, чтобы не отставать от прогресса, требуется все больше и больше усилий, то для создания поколения 3 понадобилось пересмотреть подходы как в технологическом, так и в конструктивном направлении.

IGBT-модули третьего поколения — это малогабаритные силовые модули с низким профилем в конструктивном исполнении М3 (внешний вид модуля приведен на рис. 6), аналогичном конструктиву Sot-227.

Внешний вид модулей третьего поколения в конструктиве М3

Рис. 6. Внешний вид модулей третьего поколения в конструктиве М3

Данное конструктивное исполнение требует множества изменений и в части технологии производства. Шины специальной конструкции, выдерживающие значительно большее количество термоциклов относительно модулей второго поколения и тем более относительно первого поколения (модули с объемной герметизацией); корпус, изготовленный по технологии трансферного литья; минимизация длинных связей с целью уменьшить паразитные индуктивности и т. д. В части технологии данный модуль содержит новшеств больше, чем все предыдущие поколения, вместе взятые. В настоящее время третье поколение еще проходит стадию опытных образцов и предварительных испытаний, но так же, как со всей неизбежностью менялись предыдущие поколения, так и модули типа М3 являются неизбежным будущим для IGBT-модулей производства «Электрум АВ».

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.

hentao pornnporn.com telugu chatting west indies open sex youpornhindi.com first night xxnx maja mallika tamil dirty story xxxfiretube.com teen xxnx xxxxu indianpornsearch.com pooja kumar sex 喉奥性感イラマ痴女 浜崎真緒 javsextube.com 君嶋真由 i love porn sexxxymovs.com mallusexvideos tomcat doujinshi bluhentai.com tiny boobs giant tits history sequel black dog hentai mobhentai.com hentai onee chan jammu blue film indiananalfuck.com indian incest xvideos mugen fc2 javwhores.mobi 巨乳 あげ افلام نيك مترجم cyberpornvideos.com طيذ momteachessex indianxxxonline.com house wife x videos 君嶋真由 freejavonline.mobi クローゼット 寝取られ sexx tamil indianfuckass.com bengali milf mia khalifa hard fuck pelisporno.org newsexstory