IGBT-модули компании Yangzhou Yangjie — доступный аналог продуктов мировых производителей

№ 4’2022
PDF версия
В настоящее время отечественные разработчики и эксплуатанты электронной аппаратуры вынуждены искать альтернативных поставщиков компонентов. В области силовой электроники решение данной задачи облегчается благодаря предоставленному специалистами китайской компании Yangzhou Yangjie Electronic Technology Co. перечню IGBT-модулей своего производства, аналогичных IGBT-модулям, выпускаемым компаниями Infineon Technologies AG, Fuji Electric Co. и StarPower Semiconductor Co.

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.

Упрощенная эквивалентная схема IGBT-транзистора

Рис. 1. Упрощенная эквивалентная схема IGBT-транзистора

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.

Условное обозначение IGBT-транзистора

Рис. 2. Условное обозначение IGBT-транзистора

 

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.

Структура IGBT-транзистора по технологии trench gate field-stop

Рис. 3. Структура IGBT-транзистора по технологии trench gate field-stop

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.

Электрическая схема одиночного ключа

Рис. 4. Электрическая схема одиночного ключа

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.

Корпус одиночного ключа

Рис. 5. Корпус одиночного ключа

Таблица 1. Основные параметры взаимозаменяемых IGBT-модулей — одиночных ключей

Параметры/Наименование

Infineon FZ600R12KE3/KE4

Fuji Electric 1MBI600V-120-50

StarPower Semiconductor GD600SGL120C2S

Yangzhou Yangjie MG600U12TLC21

Максимально допустимое напряжение
между коллектором и эмиттером, VCES, В

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).

Электрическая схема полумоста

Рис. 6. Электрическая схема полумоста

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 IGBT-полумоста

Рис. 7. Корпус IGBT-полумоста:
а) корпус 34 мм;
б) корпус 62 мм

Таблица 2. Основные параметры взаимозаменяемых IGBT-модулей — полумостов

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.

Два вида схемы интегрированных силовых модулей, представленных в таблице 3

Рис. 8. Два вида схемы интегрированных силовых модулей, представленных в таблице 3

Таблица 3. Основные параметры взаимозаменяемых интегрированных силовых IGBT-модулей

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.

Корпуса интегрированных силовых модулей

Рис. 9. Корпуса интегрированных силовых модулей:
а) W1T4;
б) W2T4;
в) Econo 2;
г) Econo 3

 

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.

Литература
  1. Силовые модули IGBT производства Infineon. Разъяснение информации, приводимой в технических условиях
  2. High Speed V-Series of Fast Discrete IGBTs
  3. 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
  4. infineon.com/cms/en/
  5. fujielectric.com/
  6. powersemi.cc/
  7. 21yangjie.com/eng/

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *