IGBT-модули компании Yangzhou Yangjie — доступный аналог продуктов мировых производителей
Китайская компания Yangzhou Yangjie Electronic Technology Co, разрабатывающая и выпускающая полупроводниковые компоненты, была основана в 2000 году. Производство IGBT-модулей началось в 2012 году на дочернем предприятии Jiangsu APT Semiconductor Co.
Yangzhou Yangjie — компания с вертикальной интеграцией, разрабатывающая полупроводниковые приборы, изготавливающая их на собственном кристальном производстве и выполняющая их корпусирование.
Линейка продукции компании охватывает бескорпусные дискретные компоненты, выпрямители, устройства защиты, малосигнальные устройства, MOSFET, силовые модули, компоненты на карбиде кремния и т. д. Продукция широко применяется в системах электропитания, бытовой технике, освещении, системах безопасности, сетевых средствах связи, бытовой электронике, новых энергетических технологиях, промышленной автоматизации, автомобильной электронике и других областях.
IGBT-транзистор
Биполярный транзистор с изолированным затвором (БТИЗ), или в англоязычной версии — insulated-gate bipolar transistor (IGBT), пред ставляет собой сочетание входного MOSFET-транзистора с выходным мощным биполярным транзистором (рис. 1). IGBT-транзистор — это силовой прибор, используемый в качестве электронного ключа в импульсных источниках питания, инверторах, системах управления электроприводами.
Благодаря полевому транзистору управление осуществляется не током, как в биполярном транзисторе, а напряжением, подаваемым на затвор полевого транзистора. Маломощный управляющий сигнал переключает мощную нагрузку.
Условное обозначение IGBT-транзистора приведено на рис. 2.
Технология IGBT-транзисторов
Компания Infineon производит IGBT-транзисторы по технологии trench gate field-stop (название часто сокращают до trench stop), суть которой понятна из рис. 3 [1]. Особенностью данной технологии являются вертикальные затворы (trench gate) — они снижают падение напряжения на открытых IGBT-приборах, повышают плотность тока и существенно уменьшают площадь ячейки транзистора.
Другая особенность — дополнительный легированный слой field-stop в структуре биполярного транзистора, благодаря которому распределение электрического поля в чипе становится более равномерным, что повышает напряжение пробоя. Слой field-stop также сокращает время рекомбинации зарядов, улучшая динамические характеристики.
Сменилось уже несколько поколений технологии trench stop, и существует несколько ее вариантов, оптимизированных под различающиеся требования разных применений IGBT-приборов.
Представленные в настоящей статье IGBT-модули серии V компании Fuji Electric и IGBT-модули производства StarPower Semiconductor также изготавливаются по технологии trench gate field-stop [2, 3].
О модулях компании Yangzhou Yangjie известно, что они также изготавливаются по trench-технологии.
IGBT-модули
Производители полупроводниковых приборов все чаще предлагают потребителям не отдельные транзисторы, а модули на их основе. IGBT-модули служат в основном в системах управления электрическими приводами.
Из всего многообразия выпускаемых компаниями Infineon, Fuji Electric и StarPower Semiconductor IGBT-модулей в статье представлены только те из них, которые можно заменить аналогичной продукцией Yangzhou Yangjie.
Компания Yangzhou Yangjie непрерывно расширяет ассортимент продукции, и в 2023 году запускает производство популярных модулей на 1700 В.
Одиночный ключ
У одиночного ключа самая простая электрическая схема, содержащая IGBT-транзистор и антипараллельный диод (рис. 4). IGBT-транзистор не может проводить ток в обратном направлении. Однако в мостовых схемах требуется прохождение тока именно в обратном направлении, поэтому в таком модуле IGBT-транзистор объединен с антипараллельным диодом.
В спецификациях приборов приводятся данные и на IGBT-транзистор, и на антипараллельный диод. Например, в спецификации модуля Yangzhou Yangjie MG600U12TLC21, у которого VCES = 1200 В, IC = 600 А, указано, что для диода максимальное значение повторяющегося обратного напряжения, VRRM, равно 1200 В, а максимальный непрерывный постоянный прямой ток, IF, равен 600 А.
В таблице 1 представлено сравнение основных параметров взаимозаменяемых одиночных ключей [4, 5, 6, 7], а на рис. 5 показан внешний вид их корпуса.
Параметры/Наименование |
Infineon FZ600R12KE3/KE4 |
Fuji Electric 1MBI600V-120-50 |
StarPower Semiconductor GD600SGL120C2S |
Yangzhou Yangjie MG600U12TLC21 |
---|---|---|---|---|
Максимально допустимое напряжение |
1200 |
1200 |
1200 |
1200 |
Максимально допустимый постоянный ток коллектора, IC, А |
600 |
600 |
600 |
600 |
Максимально допустимая рассеиваемая мощность, Ptot, Вт |
2800 (IGBT3) 3000 (IGBT4)
|
3000 |
3750 |
3488 |
Максимально допустимая температура кристалла, Tvj max, °C |
150 (IGBT3) 175 (IGBT4) |
175 |
175 |
175 |
Корпус, мм |
62 |
62 |
62 |
62 |
Ниже представлена краткая информация о приборах, указанных в таблице 1:
Infineon FZ600R12KE3/KE4 — IGBT-модуль по технологии trench gate field-stop. Основные особенности модуля отражены в его маркировке:
- FZ — одиночный ключ;
- 600 — максимальный продолжительный ток, А;
- R — проводимость при обратной полярности;
- 12 — максимальное напряжение 1200 В;
- K — механический конструктив: модуль;
- E — быстрый IGBT-чип с малым прямым падением напряжения;
- 3 или 4 — номер поколения технологии изготовления чипов — IGBT3 или IGBT4.
Применение: силовые конвертеры, электроприводы, системы бесперебойного энергоснабжения, ветрогенераторы.
Особенности: малые потери при переключении, низкие значения напряжения UCEsat на переходе коллектор–эмиттер IGBT в открытом состоянии, UCEsat с положительным температурным коэффициентом.
Fuji Electric 1MBI600V-120-50 — IGBT-модуль V-серии 6-го поколения.
Применение: инверторы для электропривода, усилители сервоприводов переменного и постоянного тока, источники бесперебойного питания, промышленные сварочные агрегаты.
Особенности: высокое быстродействие при переключении, управляются напряжением, модульная конструкция с низкой индуктивностью.
StarPower Semiconductor GD600SGL120C2S — IGBT силовой модуль, который обеспечивает сверхнизкие потери на электропроводности диэлектрика и стойкость к КЗ.
Применение: инверторы, источники бесперебойного питания, электронные сварочные аппараты с частотой до 20 кГц.
Особенности: SPT (Soft-Punch-Through) + IGBT-технология с низким значением напряжения UCEsat, устойчивость к КЗ в течение 10 мкс, UCEsat с положительным температурным коэффициентом, корпус с низкой индуктивностью, быстрое и плавное обратное восстановление антипараллельного диода, изолированное медное основание, присоединенное по технологии DBC (direct bond copper).
Yangzhou Yangjie MG600U12TLC21 — IGBT-модуль.
Применение: инверторы для электропривода, усилители сервоприводов переменного и постоянного тока, источники бесперебойного питания, сварочные агрегаты с плавным переключением.
Особенности: trench-технология с низким значением напряжения UCEsat, UCEsat с положительным температурным коэффициентом, устойчивость к КЗ в течение 10 мкс, содержит антипараллельный диод со сверхбыстрым и плавным восстановлением, низкая индуктивность, максимально допустимая температура перехода +175 °C.
Два ключа (полумост)
Выпускаются также модули, в электрической схеме которых присутствуют два IGBT-транзистора (таких же, как в одиночном ключе), соединенных последовательно (рис. 6).
В таблице 2 представлено соответствие полумостов Yangzhou Yangjie изделиям компаний Infineon, Fuji Electric и StarPower Semiconductor [4, 5, 6, 7] . Этот класс приборов собирают в корпусе 34 или 62 мм (рис. 7).
Корпус |
Максимально допустимое напряжение между коллектором и эмиттером, VCES, В |
Максимально допустимый постоянный ток коллектора, IC, А |
Infineon |
Fuji Electric |
StarPower Semiconductor |
Yangzhou Yangjie |
---|---|---|---|---|---|---|
34 мм |
600 |
100 |
|
2MBI100VA-060-50 |
GD100HFT60C1S/ GD100HFY60C1S |
MG100HF065TLC1 |
150 |
|
2MBI150VA-060-50 |
GD150HFT60C1S/ GD150HFY60C1S |
MG150HF065TLC1 |
||
200 |
|
2MBI200VA-060-50 |
GD200HFT60C1S/ GD200HFY60C1S |
MG200HF065TLC1 |
||
1200 |
40 |
|
|
GD40HFU120C1S |
MG40HF12LEC1 |
|
50 |
FF50R12RT4 |
2MBI50VA-120-50 |
GD50HFU120C1S |
MG50HF12LEC1 |
||
75 |
FF75R12RT4 |
2MBI75VA-120-50 |
GD75HFU120C1S |
MG75HF12LEC1 |
||
100 |
FF100R12RT4 |
2MBI100VA-120-50 |
GD100HFU120C1S |
MG100HF12LEC1 |
||
62 мм |
1200 |
150 |
FF150R12KS4 |
2MBI150HH-120-50 |
GD150HFU120C2S |
MG150HF12LEC2 |
200 |
FF200R12KS4 |
2MBI200HH-120-50 |
GD200HFU120C2S |
MG200HF12LEC2 |
||
300 |
FF300R12KS4 |
2MBI300HH-120-50 |
GD300HFU120C2S |
MG300HF12LEC2 |
||
150 |
FF150R12KE3/ KT3/KT4 |
|
GD150HFL120C2S/ GD150HFT120C2S/ GD150HFY120C2S |
MG150HF12TLC2 |
||
200 |
FF200R12KE3/ KT3/KT4 |
2MBI200VH-120-50 |
GD200HFL120C2S/ GD200HFT120C2S/ GD200HFY120C2S |
MG200HF12TLC2 |
||
300 |
FF300R12KE3/ KT3/KT4 |
2MBI300VH-120-50 |
GD300HFL120C2S/ GD300HFT120C2S/ GD300HFY120C2S |
MG300HF12TLC2 |
||
450 |
FF450R12KT4 |
2MBI450VH-120-50 |
GD450HFL120C2S/ GD450HFT120C2S/ GD450HFY120C2S |
MG450HF12TLC2 |
Интегрированный силовой модуль
Интегрированные силовые модули объединяют в одном корпусе несколько бескорпусных силовых приборов одного или разных классов. Приведенные в таблице 3 интегрированные IGBT-модули имеют в своем составе выпрямительный диодный мост, трехфазный IGBT-мост (инвертор), тормозной модуль (чоппер) и термистор с отрицательным температурным коэффициентом (рис. 8) [4, 5, 6, 7]. Используя разные комбинации элементов этой электрической схемы, можно создать конфигурации инвертора, выпрямителя-инвертора, чоппера, выпрямителя-чоппера, выпрямителя и просто одного термистора.
Корпус |
Максимально допустимое напряжение между коллектором и эмиттером, VCES, В |
Максимально допустимый постоянный ток коллектора, IC, А |
Infineon |
Fuji Electric |
StarPower Semiconductor |
Yangzhou Yangjie |
---|---|---|---|---|---|---|
W1T4 |
1200 |
10 |
FP10R12W1T4 |
7MBR10VKC120-50 |
GD10PIL120L2S/ GD10PIK120L2S/ GD10PIT120L2S/ GD10PIY120L2S/ GD10PIX120L2S |
MG10P12P2 |
15 |
FP15R12W1T4 |
7MBR15VKC120-50 |
GD15PIL120L2S/ GD15PIK120L2S/ GD15PIT120L2S/ GD15PIY120L2S/ GD15PIX120L2S |
MG15P12P2 |
||
W2T4 |
1200 |
10 |
|
|
GD10PIL120L3S/ GD10PIK120L3S/ GD10PIT120L3S/ GD10PIY120L3S/ GD10PIX120L3S |
MG10P12P3 |
15 |
FP15R12W2T4 |
7MBR15VKD120-50 |
GD15PIL120L3S/ GD15PIK120L3S/ GD15PIT120L3S/ GD15PIY120L3S/ GD15PIX120L3S |
MG15P12P3 |
||
25 |
FP25R12W2T4 |
7MBR25VKD120-50 |
GD25PIL120L3S/ GD25PIK120L3S/ GD25PIT120L3S/ GD25PIY120L3S/ GD25PIX120L3S |
MG25P12P3 |
||
35 |
FP35R12W2T4 |
7MBR35VKD120-50 |
GD35PIL120L3S/ GD35PIK120L3S/ GD35PIT120L3S/ GD35PIY120L3S/ GD35PIX120L3S |
MG35P12P3 |
||
Econo 2 |
1200 |
10 |
|
|
GD10PIL120C5S/ GD10PIK120C5S/ GD10PIT120C5S/ GD10PIY120C5S/ GD10PIX120C5S |
MG10P12E1 |
15 |
|
|
GD15PIL120C5S/ GD15PIK120C5S/ GD15PIT120C5S/ GD15PIY120C5S/ GD15PIX120C5S |
MG15P12E1 |
||
25 |
FP25R12KT3/E3 |
7MBR25VA120-50 |
GD25PIL120C5S/ GD25PIK120C5S/ GD25PIT120C5S/ GD25PIY120C5S/ GD25PIX120C5S |
MG25P12E1 |
||
40 |
FP40R12KT3/E3 |
7MBR35VA120-50 |
GD40PIL120C5S/ GD40PIK120C5S/ GD40PIT120C5S/ GD40PIY120C5S/ GD40PIX120C5S |
MG40P12E1 |
||
Econo 3 |
1200 |
50 |
FP50R12KT3/E3 |
7MBR50VB120-50 |
GD50PIL120C6S/ GD50PIK120C6S/ GD50PIT120C6S/ GD50PIY120C6S/ GD50PIX120C6S |
MG50P12E2A |
75 |
FP75R12KT3/E3 |
7MBR75VB120-50 |
GD75PIL120C6S/ GD75PIK120C6S/ GD75PIT120C6S/ GD75PIY120C6S/ GD75PIX120C6S |
MG75P12E2A |
||
Econo 2 |
1200 |
25 |
FP25R12KT4 |
7MBR25VM120-50 |
GD25PIL120C5SN/ GD25PIT120C5SN/ GD25PIY120C5SN/ GD25PIX120C5SN |
MG25P12E1A |
35 |
FP35R12KT4 |
7MBR35VM120-50 |
GD35PIL120C5SN/ GD35PIT120C5SN/ GD35PIY120C5SN/ GD35PIX120C5SN |
MG35P12E1A |
||
50 |
FP50R12KT4 |
7MBR50VM120-50 |
GD50PIL120C5SN/ GD50PIT120C5SN/ GD50PIY120C5SN/ GD50PIX120C5SN |
MG50P12E1A |
||
Econo 3 |
50 |
FP50R12KT4G |
7MBR50VN120-50 |
GD50PIL120C6SN/ GD50PIT120C6SN/ GD50PIY120C6SN/ GD50PIX120C6SN |
MG50P12E2 |
|
75 |
FP75R12KT4 |
7MBR75VN120-50 |
GD75PIL120C6SN/ GD75PIT120C6SN/ GD75PIY120C6SN/ GD75PIX120C6SN |
MG75P12E2 |
||
100 |
FP100R12KT4 |
7MBR100VN120-50 |
GD100PIL120C6SN/ GD100PIT120C6SN/ GD100PIY120C6SN/ GD100PIX120C6SN |
MG100P12E2 |
Внешний вид корпусов интегрированных силовых модулей изображен на рис. 9.
Заключение
В статье представлены некоторые продукты компании Yangzhou Yangjie Electronic Technology Co., и это лишь та часть ассортимента IGBT-модулей, которым найдены полные аналоги среди изделий компаний Infineon Technologies AG, Fuji Electric Co. и StarPower Semiconductor Co.
Предлагаемые Yangzhou Yangjie IGBT-модули вполне могут соответствовать запросам специалистов в области силовой электроники, которые на базе IGBT-модулей производят частотные преобразователи для электроприводов, бестрансформаторные конвертеры и инверторы, сварочное оборудование, регуляторы тока для мощных приводов.
- Силовые модули IGBT производства Infineon. Разъяснение информации, приводимой в технических условиях.
- High Speed V-Series of Fast Discrete IGBTs.
- Star Semiconductor Research Report: The proportion of new energy business has increased, and high-voltage and SiC products have accumulated momentum. wwmin.news/en/economy/df3960ad1795fddc2635e4784af8cf3c.html
- infineon.com/cms/en/
- fujielectric.com/
- powersemi.cc/
- 21yangjie.com/eng/