Современные силовые полупроводниковые приборы компании TECHSEM (TECH Semiconductors)

№ 5’2018
PDF версия
В статье рассмотрены особенности силовых полупроводниковых приборов одного из старейших китайских производителей и разработчиков продуктов силовой электроники. Приведены основные характеристики IGBT, тиристоров и диодов большой мощности, а также силовых модулей и сборок различных конфигураций.

Компания TECH Semiconductors Co., Ltd (г. Сянъян, КНР), ранее называвшаяся Hubei TECH Semiconductors, расположена в провинции Хубэй (Hubei). Компания, отметившая 50-летний юбилей в 2016 году, начала свою деятельность в 1966-м как фабрика по производству полупроводниковых диодов и транзисторов Xiangfan Instrument Component Factory с 24 сотрудниками. В 1974 году на фабрике был выпущен первый в КНР тиристор. В 1980-м отрыт новый завод по изготовлению специализированных микросхем и мощных транзисторов. В 1988 году компания начала исследования и разработки силовых модулей, а в 1998-м сменила название на Yiyuan Electronics Co., Ltd. В 2003 году компания была приватизирована и снова сменила название на Xiangfan TECH Semiconductors Co., Ltd. В 2010 году компания успешно провела первичное размещение акций на Шеньчженьской фондовой бирже уже как Hubei TECH Semiconductors Co., Ltd. Последнее переименование на TECHSEM произошло в 2014 году, на рис. 1 показаны заводские корпуса компании и их специализация, а на рис. 2 — интерьеры производственных помещений.

Производственные корпуса компании TECHSEM

Рис. 1. Производственные корпуса компании TECHSEM

Интерьеры заводских помещений TECHSEM

Рис. 2. Интерьеры заводских помещений TECHSEM

В настоящее время компания TECHSEM разрабатывает и производит продукты в основном для силовой электроники, при этом особое внимание обращается на обеспечение высокого качества и надежности изделий. Компания сертифицирована по стандартам ISO9001, ISO14001, UL, REACH, удовлетворяет требованиям Европейских директив (CE), RoHS, а также международного стандарта железнодорожной промышленности IRIS (с 2015 г.).

Продукция компании TECHSEM широко применяется при производстве преобразователей для ветряных и солнечных электрических станций, в частотных преобразователях для индукционных плавильных печей, в системах управления электродвигателями.

Полупроводники TECHSEM успешно применяют в Германии, США, Японии, Китае. TECHSEM является официальным поставщиком китайской железной дороги. В Европе партнером и дистрибьютором TECHSEM выступает компания R&D Electronics International.

Помимо европейских заказчиков, есть и крупные трансконтинентальные компании, одной из которых является компания WEG — мировой производитель систем управления электроприводом большой мощности.

Фирма TECHSEM выпускает широкую номенклатуру силовых полупроводниковых приборов для промышленности, железно­дорожного транспорта, энергетики, судостроения, строительной техники и других отраслей. В каталоге 2018 года представлены следующие основные категории продуктов (рис. 3): IGBT-модули, приборы капсульного типа (Capsule type devices), силовые модули (Power Modules), силовые сборочные узлы (Power Semiconductor Assembles). Компания также изготавливает силовые сборки и радиаторы охлаждения для силовых приборов.

Основные категории продуктов TECHSEM

Рис. 3. Основные категории продуктов TECHSEM

 

IGBT-модули

IGBT-модули являются новым для компании видом продукции (с 2016 г.), и на конец 2018 года в каталоге TECHSEM представлены четыре типа IGBT-модулей на напряжение/ток 600 В/100 А (MGC100D06A1) и 1200 В/75 А/100 А/150 А (MGC75D12A1/MGC100D12A1/MGC150D12A1). В состав модулей входят два IGBT с антипараллельными диодами, приборы выполнены в стандартных изолированных корпусах (Uиз = 2500 В) и отличаются низким прямым напряжением (1,8–2,2 В), высоким быстродействием (tвкл./tвыкл. = 0,5/1 мкс) и высокой допустимой рабочей температурой (Tj = +150 °C), внешний вид модулей показан на рис. 4.

Современный IGBT-модуль

Рис. 4. Современный IGBT-модуль

 

Приборы капсульного типа

В категории приборов капсульного типа представлены следующие группы тиристоров и диодов:

  • Тиристоры для фазовых корректоров серий YxxKPx, HxxKPx, в группу включено более 100 типов приборов на напряжения VDRM/VRRM от 200–600 В до 6600–7000 В и токи IT 440–5160 А при температуре корпуса +85° С. Приборы выполнены в стандартных герметичных металлических корпусах с керамической изоляцией с возможностью двустороннего охлаждения. Внутренняя структура приборов реализована по технологии с усиливающим управляющим электродом (Amplifying Gate). Основные области применения приборов: промышленные приложения большой мощности, передача электроэнергии, управление двигателями постоянного и переменного тока, управляемые выпрямители, устройства для плавного запуска двигателей, контроллеры переменного тока. Внешний вид некоторых приборов капсульного типа показан на рис. 5.
Линейка капсульных приборов

Рис. 5. Линейка капсульных приборов

Для примера рассмотрим особенности тиристоров для фазовых корректоров с наибольшими токами и напряжениями. Тиристор Y100KPC с центральным усиливающим управляющим электродом (Center Amplifying Gate) обеспечивает средний ток в открытом состоянии IT(AV) до 6400 А при температуре корпуса +70 °С и напряжении VDRM/VRRM не менее 400 В (максимальное 1000 В), импульсный ток ITSM до 74 кА, сопротивление в открытом состоянии rT не более 0,055 мОм, диаметр корпуса 142 мм, толщина 26,4 мм. Высоковольтный тиристор H50KPS может работать при напряжении 6600–7200 В и токе 650 А, корпус прибора имеет диаметр 74 мм и толщину 35,6 мм, внешний вид приборов показан на рис. 6.

Приборы Y100KPC и H50KPS

Рис. 6. Приборы Y100KPC и H50KPS

  • Тиристоры с малым временем выключения (Fast Turn-off Thyristors) серии YxxKKx с гребенчатым усиливающим управляющим электродом (Interdigitated Amplifying Gate) предназначены для инверторных источников питания и отличаются малыми потерями и высоким быстродействием, в каталоге-2018 представлено шесть приборов этой группы с напряжениями VDRM 800–1800 В, 1200–1880 В, 2000–2800 В и токами IT(AV) 1200–3400 А.
  • Несимметричные быстрые тиристоры серии YxxKFx также предназначены для инверторных источников питания. В ассортименте компании представлено шесть типов приборов на напряжения VDRM 800–1800 В, 1200–1800 В, 2000–2800 В и токи IT (AV) 1200–3400 А.
  • Высокочастотные тиристоры серии YxxKAx с гребенчатым усиливающим управляющим электродом предназначены для применения в следующих областях: индуктивные нагреватели, электронные сварочные аппараты (Electronic Welders), самокоммутирующиеся инверторы (Self-commutated inverters), регуляторы скорости двигателей переменного тока, мощные коммутаторы промышленного назначения. В каталоге компании 2018 года представлено 12 типов ВЧ-тиристоров со скоростью нарастания тока 1500 А/мкс и напряжения 200 В/мкс, на напряжения VDRM/VRRM от 600–800 В до 1100–1400 В, токи IT (AV) 480–1730 А.
  • Управляемые симисторы (Bi-directional Control Thyristors) серии YxxKSx могут быть использованы в устройствах управления двигателями постоянного и переменного тока, схемах плавного запуска двигателей, контроллерах переменного тока и других промышленных приложениях. В каталоге 2018 года представлено шесть типов симисторов на напряжения VDRM/VRRM 500–1800 В и токи IT (RMS) 520–930 А (при Тс = +85 °С), скорость нарастания напряжения и тока приборов 50 В/мкс и 50 А/мкс.
  • Выпрямительные диоды серии YxxZPx отличаются малым прямым напряжением VFO (0,63–1,05 В) и могут быть применены в широком спектре промышленных приложений. Компания предлагает более трех десятков типов приборов на напряжения 200– 800 В и токи 560–6480 А (при Тс = +85 °С).
  • Быстрые выпрямительные диоды серии YxxKB/KC/KD характеризуются малым зарядом обратного восстановления Qrr 50–2200 мкКл и могут найти применение в качестве обратных, антипараллельных и снабберных диодов в различных промышленных установках, контроллерах двигателей переменного тока и источниках бесперебойного питания. В ассортименте компании представлено два десятка типов быстрых выпрямительных диодов на напряжения 200–5000 В и токи 210–3180 А.
  • Выпрямительные диоды для сварочных аппаратов выпускаются в корпусных (Y50ZPA, Y65ZPA) и беспкорпусных (Y53/56/65/75ZPA-B) исполнениях (рис. 7), высокочастотные приборы Y50/65ZKA, Y50/65ZEA выпускаются в корпусных исполнениях. Диоды отличаются очень малым динамическим сопротивлением (Slope Resistance) в пределах 0,017–0,032 мОм и малым пороговым напряжением (Threshold Voltage) 0,74–0,82 В. Допустимые обратные напряжения диодов 200–400 В, прямые токи 5000–18000 А.
Приборы в корпусном (Housing Package) и бескорпусном (Housingless Package) исполнениях

Рис. 7. Приборы в корпусном (Housing Package) и бескорпусном (Housingless Package) исполнениях

  • Реверсивные коммутационные динисторы (RSD) серии YxxDS предназначены для мощных генераторов накачки лазеров, систем очистки сточных вод, электростатических осадителей (фильтров) и модуляторов мощных магнетронов. Приборы легко соединяются в последовательные или параллельные блоки. Компания предлагает десяток типов динисторов на напряжения 10–250 кВ и токи 1–25 кА.
  • Мощные импульсные тиристоры T100KMJ, H100KMM, H125KMM, H125KMN (рис. 8) предназначены для применения на объектах защиты окружающей среды, в лазерных установках, электромагнитных приводах и ряде других приложений силовой электроники. Максимальные напряжения и токи приборов 4–5 кВ/140–200 кА, скорость нарастания тока 1500–2000 А/мкс, напряжения 1000 В/мкс.
Мощные импульсные тиристоры T100KMJ, H100KMM, H125KMM, H125KMN

Рис. 8. Мощные импульсные тиристоры T100KMJ, H100KMM, H125KMM, H125KMN

 

Полупроводниковые силовые модули

Компания TECHSEM выпускает большую номенклатуру силовых модулей, выполненных в различных корпусах, полностью соответствующих требованиям международных промышленных стандартов, что позволяет заменять вышедшие из строя модули других производителей. Аналогичные корпуса используют многие мировые производители силовой электроники, например Semikron, IXYS, Infineon, International Rectifier (серии IRK, IRKT, IRKC, IRKH, в настоящее время IR является частью компании Infineon), Nell Power Semiconductor (NPS, Тайвань, серии NKF, NKE, NKD, NK).

В аналогичных корпусах силовые модули выпускают китайские фирмы Clion Electric Co., Ltd (торговая марка NNC), Xinling electrical Co., Ltd (торговая марка C-Lin), Zhejiang NCR Industrial Co., Ltd (торговая марка NCR), причем наименования многих силовых модулей этих компаний совпадают с соответствующими наименованиями продуктов TECHSEM.

В категорию силовых моделей входят следующие группы приборов TECHSEM:

  • Тиристорные модули серии MTx выполнены в стандартных изолированных корпусах различных типоразмеров, для примера на рис. 9 показаны некоторые приборы на ток до 110 А (MTx26–MTx110), до 182 А (MTx135–MTx185) и до 1200 А (MTx180–MTx1200), в группе имеются модули и в других стандартных типах корпусов. Модули содержат по два тиристора в различных конфигурациях, определяемых префиксами в названиях приборов — MT, MTA, MTC, MTK, MTX (рис. 10). В ассортименте компании представлено несколько десятков типов тиристорных модулей на напряжения VDRM/VRRM 600–1800 В/1900–2500 В/2600–3600 В, скорость нарастания напряжения и тока приборов 1000 В/мкс и 200 А/мкс. Модули выполнены по технологии прижимных контактов без паяных соединений, что повышает надежность аппаратуры при циклических нагрузках. Модули находят широкое применение в установках плавного пуска электродвигателей, тристорных преобразователей частоты для индукционной закалки и плавки, стабилизаторах напряжений.

Тиристорные модули на ток до 110 А, до 182 А, до 1200 А

Рис. 9. Тиристорные модули на ток до 110 А, до 182 А, до 1200 А

Конфигурации модулей серий MT, MTA, MTC, MTK, MTX

Рис. 10. Конфигурации модулей серий MT, MTA, MTC, MTK, MTX

  • Диодные модули в изолированных корпусах (как на рис. 9) серии MDx содержат по два или одному выпрямительному диоду в различных конфигурациях, также определяемых префиксами названий приборов (рис. 11). Диоды выпускаются на те же диапазоны напряжений и токов, что и рассмотренные выше тиристорные модули. Прямое напряжение диодов группы находится в пределах 1,33–2,83 В при номинальных прямых токах. Компания также выпускает диодные модули неизолированного типа серий MDG, MDY с тремя диодами на напряжения 600–1800 В и токи 50–300 А.
Конфигурации модулей серии MDxxx

Рис. 11. Конфигурации модулей серии MDxxx

  • Тиристорно-диодные модули серии MFx на теже диапазоны напряжений и токов, выполненные в таких же корпусах (рис. 9), что и приведенные выше тиристорные и диодные модули. Приборы выпускаются в различных конфигурациях, определямых префиксами названий модулей (рис. 12). В ассортименте компании представлены тиристорно-диодные модули и в неизолированных корпусах серии MFG, MFY на напряжения 600–800 В, 1000–1800 В и токи 50–300 А.
Конфигурации модулей серии MFxxx

Рис. 12. Конфигурации модулей серии MFxxx

  • Модули быстродействующих тиристоров и быстрых диодов серий MKх, MHх, MZх предназначены для применения в инверторах, системах индукционного нагрева и в качестве чопперов. Модули выпускаются в различных конфигурациях, определяемых префиксом названия (MKA/MKC/MKK/MKX, MHC/MHA/MHK/MHX, MZC/MZA/MZK), в приборах MHx, MKx интегрированы диод + тиристор, в MZx — два диода. Тиристоры и диоды модулей обеспечивают работу при напряжениях 600–1600 В и токах 75–400 А, скорость нарастания напряжения и тока 800 В/мкс и 200 А/мкс, время восстановления обратного сопротивления диодов 1,5–4 мкс. На рис. 13 показан внешний вид модулей MHC400, MKC300 и MZC75, воздушное охлаждение используется в исполнениях с током до 300 А, в исполнениях с током 300–400 А предусмотрено водяное охлаждение, как показано на рис. 13 для модулей MHC400, MKC300.
Модули MHC400, MKC300, MZC75

Рис. 13. Модули MHC400, MKC300, MZC75

  • Одно- и трехфазные диодные выпрямительные мосты серий MDQ (однофазные мосты) и MDS (трехфазные мосты) выпускаются на напряжения 600–1600 В и токи 50–200 А и предназначены для промышленных приложений постоянного тока. Приборы выпускаются в одинаковых корпусах с пятью резьбовыми выводами (рис. 14).
Модули серий MDQ, MDS

Рис. 14. Модули серий MDQ, MDS

  • Быстрые диодные сборки в пластиковых корпусах ТО220, ТО3, ТО247 серий MU и MUR содержат один или два диода в корпусе и предназначены для применения в качестве снабберных, антипараллельных и обратных диодов, в импульсных источниках питания (SMPS), бесперебойных источниках питания и высокочастотных силовых приложениях. Приборы характеризуются малым временем восстановления обратного сопротивления (17–40 нс), малым прямым напряжением (0,91–1,25 В) и малым током утечки. Диоды модулей выпускаются на напряжение 200–1200 В и токи 5–80 А.

Полупроводниковые модули всех типов начиная от 26 А изготавливаются по прижимной технологии.

 

Силовые полупроводниковые сборки

Силовые полупроводниковые сборки компании (Power Semiconductor Assemblies) представляют собой единые конструкции, состоящие из различных комбинаций силовых полупроводниковых приборов, радиаторов охлаждения, крепежных и соединительных компонентов. Наименования сборок содержат информацию о напряжениях и токах, конфигурациях приборов и типах конструкций радиаторов, как показано на рис. 15.

Обозначение сборки

Рис. 15. Обозначения сборок:
Code For circuit connection — код конфигурации;
Rated output current — рейтинговый выходной ток;
Device Voltage — напряжение прибора; Fx:
Air cooling — воздушное охлаждение;
Sx: water cooling — водяное охлаждение;
Code of heatsink — код радиатора

Возможные конфигурации силовых полупроводниковых приборов в сборках приведены на рис. 16, внешний вид одной из сборок с воздушным охлаждением показан на рис. 17.

Конфигурации силовых полупроводниковых приборов в сборках

Рис. 16. Конфигурации силовых полупроводниковых приборов в сборках

В качестве силовых полупроводниковых приборов в сборках используются как капсульные, так и модульные компоненты. Сборки B2x-xxx-xxx-FA/FB/FC на напряжения 100–2000 В и токи 40–400 А выполнены на основе силовых модулей и используют воздушное охлаждение. Узлы B2x-xxx-xxx-FD/FE/FF (100–2000 В/300–2000 А) также с воздушным охлаждением выполнены на основе капсульных компонентов. Узлы с водяным охлаждением на основе капсульных компонентов B2x-xxx-xxx-SA/B/C/D/E обеспечивают работу при токах 100–2500 А и напряжениях 100–2000 В.

Внешний вид сборки

Рис. 17. Внешний вид сборки

Сборки B6x-xxx-xxx-FA/FB/FC по конструкции аналогичны рассмотренным выше сборкам B2x/FA/FB/FC, но обеспечивают работу с большими токами (80–500 А). Сборки B6x/FD/FE/FF рассчитаны на токи 400–3000 А, а исполнения сборок с водяным охлаждением B6x/SA/B/C/D/E обеспечивают работу с токами 300–4000 А.

Сборки M6x также аналогичны по конструкции рассмотренным выше сборкам и обеспечивают работу с токами 130–1200 А (M6x/FA/FB/FC), 1200–6000 А (M6x/FD/FE/FF), 400–8000 A (M6x/SA/B/C/D/E).

Тиристорные сборки на основе капсульных и модульных компонентов W1x, W3x обычно выполнены в конструкциях с воздушным охлаждением, с водяным охлаждением работают узлы W1C-xxx-xxx-SA/B/C/D/E и W1C-xxx-xxx-SI/J/K, рабочие токи узлов этой группы приборов составляют 90–2500 А.

Трехфазные тиристорные сборки с воздушным охлаждением на основе модульных и капсульных тиристоров серий (B6C)2x-xxx-xxx-FA/B/E/F обеспечивают рабочие токи 80–2000 А.

Компания постоянно совершенствует технологии производства силовых полупроводниковых приборов, а также разрабатывает решения для оптимизации конструкций своих продуктов. Например, прокладки из теплопроводящего материала TIM (Thermal Interface Material) позволяют монтировать силовые модули на теплоотводы без применения специальных паст (рис. 18, слева), при этом повышается надежность и долговечность модулей, а также упрощается монтаж модулей в конечные изделия. Для крепления капсульных компонентов компания разработала специальный бокс (рис. 18, справа).

Модуль с термопрокладкой (слева) и бокс для капсульного прибора (справа)

Рис. 18. Модуль с термопрокладкой (слева) и бокс для капсульного прибора (справа)

Для повышения надежности винтовых соединений модулей с внешними проводными цепями в условиях вибраций и ударов компания предлагает исполнения модулей со специальными винтами с двойными шайбами (рис. 19, сверху). Для подключения выводов управляющих электродов тиристорных модулей компания выпускает специальные соединители (рис.19, снизу).

Винты для крепления шин к выводам модулей (сверху) и соединители для управляющих электродов модулей (снизу)

Рис. 19. Винты для крепления шин к выводам модулей (сверху) и соединители для управляющих электродов модулей (снизу)

Виды теплоотводов

Рис. 20. Виды теплоотводов

В каталоге TECHSEM 2018 года представлено более пяти десятков типов радиаторов охлаждения различных конфигураций и размеров, на рис. 20 приведены эскизы основных типов водяных и воздушных радиаторов компании. К радиаторам с водяным охлаждением относятся исполнения SSxxx, RSSxxx, DSSxxx, с принудительным воздушным охлаждением — SFxxx, D, Z, W, N, H, K, Fxxx, ZFxxx.

Литература
  1. tech-sem.com/english/sell.asp?sid=31&bid=7
  2. rd-ebusiness.com/

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.