IGBT модули : что имеем
IGBT модули : воспоминания о будущем..
Постоянное совершенствование процесса изготовления кристаллов, использование новых технологических решений приводят к непрерывным эволюционным изменениям характеристик силовых ключей.Революционные инновации связаны в первую очередь с технологиями тонких пленок, применение которых позволяет не только повысить
экономическую эффективность производства, но и создать IGBT с принципиально новыми свойствами.
SEMIKRON - единственный в мире производитель интеллектуальных силовых модулей IGBT с током до 3600 А. По основным техническим характеристикам полупроводниковые приборы SEMIKRON, модули IGBT в том числе, идут в ровень и даже превосходят ближайших конкурентов на 10-20%.SEMIKRON предлагает 5 вариантов технологии изготовления стандартных продуктов, к которым относятся и модули IGBT SEMITRANS, что позволяет пользователю выбрать элемент, наиболее полно удовлетворяющий его требованиям. Поэтому рассуждения некоторых техническмих специалистов о том, что технология IGBT себя изжила, ... все параметры доведены до физических пределов, ... значительных улучшений не предвидится, оставим на их совести.
Модули и транзисторы IGBT первых разработок не имели разделения по областям применения, компании, выпускающие их, постоянно работали над комплексным улучшением параметров, и это было оправдано, поскольку ранние IGBT модули имели никудышние энергетические характеристики. Однако, в процессе развития технологии производства IGBT выяснилосьлось, что гораздо выгоднее улучшать какую-либо олдну из характеристик, даже в ущерб остальным, и производить компоненты, предназначенные для применения в конкретных классах преобразовательных устройств ("заточенных" под них, как это звучит на сегодняшнем жаргоне). В результате появились классы транзисторов и модулей IGBT, отличающиеся, как правило, по частотным свойствам (например
IR-овские Standard, Fast, UltraFast, позже к ним добавилсяWARP). Однозначно определить термин «стандартная технология» применительно к современной силовой электронике достаточно сложно. Развитие технологий
полупроводников происходит столь быстро, что мы подчас не успеваем заметить, когда новое становится стандартным, а стандартное устаревшим.
Далее мы будем вести речь только лишь о технологиях модулей IGBT, выпускаемях под различными локальными брендовыми названиями (SEMITRANS только один из них).
Сегодня компания SEMIKRON предлагает восемь типов модулей IGBT в стандартных конструктивах с рабочим напряжением 600, 1200 и 1700 В.
Среди модулей с рабочим напряжением 600 В:
- серия 063 - стандартные Non Punch Through (NPT) IGBT;
- серия 066 - Trench Field-Stop (Trench 3) IGBT (транзисторы со сверхнизкими потерями проводимости),
Среди модулей с рабочим напряжением 1200 В:
- серия 123 - стандартные Non Punch Through (NPT) IGBT;
- серия 125 - Ultrafast NPT-IGBT (транзисторы с низкими потерями переключения),
- серия 126 - Trench Field-Stop (Trench 3) IGBT (транзисторы со низкими потерями проводимости),
- серия 12E4 - Trench (Trench 4) IGBT (транзисторы с оптимальным соотношением между стоимостью, электрическими и тепловыми характеристиками);
- серия 12T4 - Fast Trench (F-Trench 4) IGBT (транзисторы с улучшенными частотными характеристиками),
- серия V-IGBT - Trench (Trench V) IGBT (транзисторы со сбалансированным соотношением между потерями переключения, потерями проводимости и плотностью тока кристалла) .
Среди модулей с рабочим напряжением 1700 В:
- серия 173 - стандартные Non Punch Through (NPT) IGBT;
- серия 176 - Trench Field-Stop (Trench 3) IGBT (транзисторы со сверхнизкими потерями проводимости),
- серия 17E4 - Trench (Trench 4) IGBT (транзисторы со сбалансированным соотношением между стоимостью, электрическими и тепловыми характеристиками).
Основная цель производства такого многообразия компонентов - обеспечение максимального количества возможных потребителей, получение минимальных потерь мощности для каждого применения в конкретных классах преобразовательных устройств.
/Для интересующихся историей, снятые с производства:
- серия 121 - ранние стандартные, эпитаксиальная технология, Punch Through (PT) IGBT;
- серия 124 - Low Loss NPT-IGBT (транзисторы с низкими потерями проводимости);
- серия 128 - Soft Punch Through (SPT) IGBT (транзисторы с оптимизированным соотношением потерь проводимости и переключения).
Первый в мире изолированный модуль IGBT SEMIPACK был разработан специалистами фирмы SEMIKRON.
К настоящему времени во всем мире продано более 100 млн таких модулей. /
Не будем глубоко копать особенности технологии производства модулей IGBT, заметим лишь, что основными параметрами, по соотношению которых определяются свойства кристалла IGBT, его «специализация», являются напряжение насыщения, заряд затвора и энергия переключения.
В Таблице 1 показаны частотные диапазоны для различных модификаций модулей IGBT.
Номинальное напряжение 1200 В
12T4 - Fast Trench
(F-Trench 4) IGBT
~
+++
+++
+++
~
12E4 - Trench
(Trench 4) IGBT
~
+++
+++
+++
~
126 Trench Field-Stop
(Trench 3) IGBT
+++
~
125 Ultrafast NPT-IGBT
+++
+++
~
123 (NPT) IGBT
~
+++
~
Fsw(kHz)
1...5
6...8
9...15
16...24
25...40
41...66
~ - Применение возможно, + - рекомендуемая область
Как видно из таблицы, Trench FS-IGBT имеют минимальные потери проводимости, UltraFast NPT-IGBT - минимальные потери переключения, а Trench 4-IGBT , V-IGBT - это компромиссные типы транзисторов с оптимальными сочетанием статических и динамических характеристик. Все приведенные классы транзисторов
характеризуются положительным температурным коэффициентом напряжения насыщения, что позволяет использовать их параллельное соединение.
Поэтому практике можно выделить 3 основных типа устройств, требующих оптимального соотношения определенных параметров:
1. низкочастотные преобразователи (ветрогенераторы, конверторы для энергосистем, использующих энергию солнца, некоторые типы источников бесперебойного питания, тяговый привод) - для этих применений главными являются потери проводимости;
2. импульсные преобразователи (частотные приводы, мостовые инверторы некоторых типов источников бесперебойного питания) - для этих применений требуются низкие потери проводимости и переключения одновременно;
3. высокочастотные устройства (системы индукционного нагрева, сварочное оборудование, резонансные инверторы) - для этих применений определяющими являются потери переключения.
Рис.1 Области применения модулей IGBT.
Серийно выпускаемые стандартные модули IGBT SEMIKRON в зависимости от типа корпуса имеют следующие значения значение внутренней распределенной индуктивности силовых ключей LCE:
• SEMITRANS 2 (34х94 мм): LCE < 30 нГн;
• SEMITRANS 2NI (34х94 мм): LCE< 25 нГн - остался лишь для одного типа приборов;
• SEMITRANS 3 (62х107 мм): LCE < 20 нГн;
• SEMITRANS 4 (62х107 мм): LCE < 20 нГн;
• SEMITRANS 6/7 (45х105 мм): LCE < 60 нГн.
Кроме привычных модулей, выпускаются еще серии MiniSKiiP, являющихся уникальными по своим конструктивным параметрам. SEMIKRON выпускает модули CIB в стандартных корпусах.
Серия таких модулей называется SEMITOP, но речь об этих модулях пойдет в следующих статьях.
Для углубленного изучения материала можем порекомендовать только лишь походить
по сайтам производителей, поскольку свежих статей по сравнительному анализу
модулей IGBT в открытых публикациях не наблюдается.
Постоянное совершенствование процесса изготовления кристаллов, использование новых технологических решений приводят к непрерывным эволюционным изменениям характеристик силовых ключей.Революционные инновации связаны в первую очередь с технологиями тонких пленок, применение которых позволяет не только повысить
экономическую эффективность производства, но и создать IGBT с принципиально новыми свойствами.
SEMIKRON - единственный в мире производитель интеллектуальных силовых модулей IGBT с током до 3600 А. По основным техническим характеристикам полупроводниковые приборы SEMIKRON, модули IGBT в том числе, идут в ровень и даже превосходят ближайших конкурентов на 10-20%.SEMIKRON предлагает 5 вариантов технологии изготовления стандартных продуктов, к которым относятся и модули IGBT SEMITRANS, что позволяет пользователю выбрать элемент, наиболее полно удовлетворяющий его требованиям. Поэтому рассуждения некоторых техническмих специалистов о том, что технология IGBT себя изжила, ... все параметры доведены до физических пределов, ... значительных улучшений не предвидится, оставим на их совести.
Модули и транзисторы IGBT первых разработок не имели разделения по областям применения, компании, выпускающие их, постоянно работали над комплексным улучшением параметров, и это было оправдано, поскольку ранние IGBT модули имели никудышние энергетические характеристики. Однако, в процессе развития технологии производства IGBT выяснилосьлось, что гораздо выгоднее улучшать какую-либо олдну из характеристик, даже в ущерб остальным, и производить компоненты, предназначенные для применения в конкретных классах преобразовательных устройств ("заточенных" под них, как это звучит на сегодняшнем жаргоне). В результате появились классы транзисторов и модулей IGBT, отличающиеся, как правило, по частотным свойствам (например
IR-овские Standard, Fast, UltraFast, позже к ним добавилсяWARP). Однозначно определить термин «стандартная технология» применительно к современной силовой электронике достаточно сложно. Развитие технологий
полупроводников происходит столь быстро, что мы подчас не успеваем заметить, когда новое становится стандартным, а стандартное устаревшим.
Далее мы будем вести речь только лишь о технологиях модулей IGBT, выпускаемях под различными локальными брендовыми названиями (SEMITRANS только один из них).
Сегодня компания SEMIKRON предлагает восемь типов модулей IGBT в стандартных конструктивах с рабочим напряжением 600, 1200 и 1700 В.
Среди модулей с рабочим напряжением 600 В:
- серия 063 - стандартные Non Punch Through (NPT) IGBT;
- серия 066 - Trench Field-Stop (Trench 3) IGBT (транзисторы со сверхнизкими потерями проводимости),
Среди модулей с рабочим напряжением 1200 В:
- серия 123 - стандартные Non Punch Through (NPT) IGBT;
- серия 125 - Ultrafast NPT-IGBT (транзисторы с низкими потерями переключения),
- серия 126 - Trench Field-Stop (Trench 3) IGBT (транзисторы со низкими потерями проводимости),
- серия 12E4 - Trench (Trench 4) IGBT (транзисторы с оптимальным соотношением между стоимостью, электрическими и тепловыми характеристиками);
- серия 12T4 - Fast Trench (F-Trench 4) IGBT (транзисторы с улучшенными частотными характеристиками),
- серия V-IGBT - Trench (Trench V) IGBT (транзисторы со сбалансированным соотношением между потерями переключения, потерями проводимости и плотностью тока кристалла) .
Среди модулей с рабочим напряжением 1700 В:
- серия 173 - стандартные Non Punch Through (NPT) IGBT;
- серия 176 - Trench Field-Stop (Trench 3) IGBT (транзисторы со сверхнизкими потерями проводимости),
- серия 17E4 - Trench (Trench 4) IGBT (транзисторы со сбалансированным соотношением между стоимостью, электрическими и тепловыми характеристиками).
Основная цель производства такого многообразия компонентов - обеспечение максимального количества возможных потребителей, получение минимальных потерь мощности для каждого применения в конкретных классах преобразовательных устройств.
/Для интересующихся историей, снятые с производства:
- серия 121 - ранние стандартные, эпитаксиальная технология, Punch Through (PT) IGBT;
- серия 124 - Low Loss NPT-IGBT (транзисторы с низкими потерями проводимости);
- серия 128 - Soft Punch Through (SPT) IGBT (транзисторы с оптимизированным соотношением потерь проводимости и переключения).
Первый в мире изолированный модуль IGBT SEMIPACK был разработан специалистами фирмы SEMIKRON.
К настоящему времени во всем мире продано более 100 млн таких модулей. /
Не будем глубоко копать особенности технологии производства модулей IGBT, заметим лишь, что основными параметрами, по соотношению которых определяются свойства кристалла IGBT, его «специализация», являются напряжение насыщения, заряд затвора и энергия переключения.
В Таблице 1 показаны частотные диапазоны для различных модификаций модулей IGBT.
Номинальное напряжение 1200 В
12T4 - Fast Trench
(F-Trench 4) IGBT
~
+++
+++
+++
~
12E4 - Trench
(Trench 4) IGBT
~
+++
+++
+++
~
126 Trench Field-Stop
(Trench 3) IGBT
+++
~
125 Ultrafast NPT-IGBT
+++
+++
~
123 (NPT) IGBT
~
+++
~
Fsw(kHz)
1...5
6...8
9...15
16...24
25...40
41...66
~ - Применение возможно, + - рекомендуемая область
Как видно из таблицы, Trench FS-IGBT имеют минимальные потери проводимости, UltraFast NPT-IGBT - минимальные потери переключения, а Trench 4-IGBT , V-IGBT - это компромиссные типы транзисторов с оптимальными сочетанием статических и динамических характеристик. Все приведенные классы транзисторов
характеризуются положительным температурным коэффициентом напряжения насыщения, что позволяет использовать их параллельное соединение.
Поэтому практике можно выделить 3 основных типа устройств, требующих оптимального соотношения определенных параметров:
1. низкочастотные преобразователи (ветрогенераторы, конверторы для энергосистем, использующих энергию солнца, некоторые типы источников бесперебойного питания, тяговый привод) - для этих применений главными являются потери проводимости;
2. импульсные преобразователи (частотные приводы, мостовые инверторы некоторых типов источников бесперебойного питания) - для этих применений требуются низкие потери проводимости и переключения одновременно;
3. высокочастотные устройства (системы индукционного нагрева, сварочное оборудование, резонансные инверторы) - для этих применений определяющими являются потери переключения.
Рис.1 Области применения модулей IGBT.
Серийно выпускаемые стандартные модули IGBT SEMIKRON в зависимости от типа корпуса имеют следующие значения значение внутренней распределенной индуктивности силовых ключей LCE:
• SEMITRANS 2 (34х94 мм): LCE < 30 нГн;
• SEMITRANS 2NI (34х94 мм): LCE< 25 нГн - остался лишь для одного типа приборов;
• SEMITRANS 3 (62х107 мм): LCE < 20 нГн;
• SEMITRANS 4 (62х107 мм): LCE < 20 нГн;
• SEMITRANS 6/7 (45х105 мм): LCE < 60 нГн.
Кроме привычных модулей, выпускаются еще серии MiniSKiiP, являющихся уникальными по своим конструктивным параметрам. SEMIKRON выпускает модули CIB в стандартных корпусах.
Серия таких модулей называется SEMITOP, но речь об этих модулях пойдет в следующих статьях.
Для углубленного изучения материала можем порекомендовать только лишь походить
по сайтам производителей, поскольку свежих статей по сравнительному анализу
модулей IGBT в открытых публикациях не наблюдается.