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.

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.

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.

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.

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 V_CES = 1200 В, I_C = 600 А, указано, что для диода максимальное значение повторяющегося обратного напряжения, V_RRM, равно 1200 В, а максимальный непрерывный постоянный прямой ток, I_F, 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.

Рис. 5. Корпус одиночного ключа

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 U_CEsat на переходе коллектор–эмиттер IGBT в открытом состоянии, U_CEsat 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 U_CEsat, устойчивость к КЗ в течение 10 мкс, U_CEsat 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 U_CEsat, U_CEsat 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).

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).

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

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.

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

Внешний вид корпусов интегрированных силовых модулей изображен на рис. 9.

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.