Что такое igbt: IGBT транзистор. Принцип работы и применение.

Новая технология РТ IGBT против мощных полевых транзисторов

О компании Advanced Power Technology

Диапазон продукции Advanced Power Technology достаточно широк и объединяет в себе различные направления. Это дискретные устройства — биполярные транзисторы с изолированным затвором IGBT, мощные полевые транзисторы, диоды на основе барьера Шоттки, диоды с быстрым восстановлением, а также модульные сборки на основе кристаллов дискретных элементов. Кроме того, APT выпускает устройства с повышенными эксплуатационными характеристиками для военной, аэрокосмической промышленности и мощные высокочастотные силовые транзисторы.

Сегодня мы постараемся поподробнее рассмотреть одно из направлений силовых полупроводниковых приборов — линию дискретных биполярных транзисторов с изолированным затвором РТ IGBT, выполненных по новой технологии Advanced Power Technology Power MOS 7.

 

Структура РТ IGBT

Всем известно, что биполярные транзисторы с изолированным затвором обладают преимуществами легкого управления  МОП полевых транзисторов и низкими потерями проводимости, характерными для биполярных транзисторов. Традиционно IGBT используют в применениях, где необходимо работать с высокими токами и напряжениями. Сегодня Advanced Power Technology представляет новое поколение РТ IGBT, которое позволяет сбалансировать потери на переключение и потери проводимости и использовать эти транзисторы в области высоких частот, где обычно применяются МОП полевые транзисторы, одновременно обеспечивая высокий КПД.

Как видно из рис. 1, структура РТ IGBT практически идентична структуре других топологий биполярных транзисторов с изолированным затвором.

Рис. 1. Структура PT IGBT

Особенностью структуры РТ IGBT является наличие комбинации инжектирующего слоя p+ и буферного слоя n+. Благодаря высокой инжектирующей способности слоя p+ буферный слой контролирует коэффициент передачи транзистора при помощи ограничения числа дырок, которые были изначально введены в область дрейфа.

В связи с тем что время жизни неосновных носителей в буферном слое намного ниже, чем в области дрейфа, буферный слой поглощает захваченные дырки в момент выключения.

В дополнение к работе буферного слоя n+, «хвостовой» ток в PT IGBT контролируется ограничением общего времени жизни неосновных носителей до того, как они рекомбинируют. Это свойствоназывается управлением временем жизни неосновных носителей. Облучение электронами в процессе производства создает дополнительные рекомбинационные центры во всем пространстве кристалла кремния, которые существенно уменьшают время жизни неосновных носителей и, следовательно, «хвостовой» ток. Дырки быстро рекомбинируют даже при отсутствии напряжения в устройстве, характерном для режима мягкого переключения.

Устройства нового поколения PT IGBT Power MOS 7 выделяются среди прочих IGBT высокой скоростью переключений. Этому способствует металлическая полосковая топология затвора. В результате применения данной топологии устройства обладают очень низким внутренним эквивалентным сопротивлением затвора (EGR) — доли Ом — гораздо меньшим, чем у устройств с поликремниевым затвором. Низкое сопротивление затвора дает возможность быстрее осуществлять переключения и, следовательно, уменьшить потери. Полосковая металлическая топология обеспечивает равномерное и быстрое возбуждение затвора, уменьшая нагрев при переходных процессах и повышая надежность. Наконец, полосковая структура затвора более устойчива к дефектам, которые неизбежно возникают во время производства, и улучшает выносливость и надежность устройства, особенно в режиме работы транзистора при высоком токе и высокой температуре.

Управление PT IGBT Power MOS 7 очень похоже на управление традиционными МОП полевыми транзисторами. При прямой замене полевых транзисторов устройствами PT IGBT Power MOS 7 в высокочастотных применениях можно использовать те же уровни, даже если они составляют всего 10 В. В этих случаях рекомендуемые значения управляющего напряжения затвора для уменьшения потерь при включении составляют 12–15 В — как для биполярных транзисторов с изолированным затвором, так и для МОП полевых транзисторов.

Потери на переключение и потери проводимости
Динамические характеристики включения биполярных транзисторов с изолированным затвором практически идентичны характеристикам МОП полевых транзисторов. При выключении есть различия, связанные с наличием «хвостового» тока. Подавить «хвостовой» ток полностью не удается, и поэтому у IGBT импульсная энергия выключения намного больше энергии включения. Стремление получить высокие динамические характеристики и сокращение потерь на переключение приводит к росту потерь проводимости, поэтому перед разработчиками часто стоит проблема выбора оптимального соотношения. Чтобы уменьшить потери проводимости, импульсная энергия должна увеличиваться и наоборот, а снижение напряжения приводит к росту потерь на переключение.

Рис. 2 изображает выбор оптимального соотношения между импульсной энергией выключения Еoff и напряжением коллектор — эмиттер в открытом состоянии транзистора VCE(on). Представлены зависимости для двух поколений IGBT: характеристика предыдущего поколения IGBT и характеристика РТ IGBT Power MOS 7. При использовании устройств нового поколения РТ IGBT удается снизить энергию выключения на 30–50% без значительного увеличения VCE(on). Результатом этого является повышение КПД в импульсных источниках питания, использующих PT IGBT новой технологии Power MOS 7.

Рис. 2. Зависимость импульсной энергии от напряжения

 

Рабочие частоты и токи

Одним из самых удобных методов сравнения производительности различных устройств, таких, например, как IGBT и МОП полевые транзисторы, является зависимостьрабочей частоты от тока. Удобство метода заключается в том, что можно увидеть не только потери проводимости, но и потери на переключение, а также оценить тепловое сопротивление.

На рис. 3 изображены кривые зависимости частоты и тока для трех устройств: одного PT IGBT и двух мощных МОП полевых транзисторов. Все три устройства являются устройствами нового поколения Power MOS 7 производства АРТ.

Рис. 3. Зависимость рабочей частоты от тока

АРТ30GP60В — это биполярный транзистор с изолированным затвором нового семейства PT IGBT Power MOS 7 с рабочим напряжением 600 В и номинальным значением прямого тока IC2 49 А в корпусе ТО-247. Устройства АРТ6038ВLL и АРТ6010В2LL — это МОП полевые транзисторы Power MOS 7 с рабочим напряжением 600 В и номинальными значениями прямых токов ID 17 и 54 А соответственно. Транзистор АРТ6038ВLL выполнен в корпусе ТО-247, а АРТ6010В2LL — в корпусе Т-МАХ (схожий с ТО-247).

В качестве условий тестирования были выбраны следующие параметры: режим жесткого переключения с индуктивной нагрузкой, рабочее напряжение 400 В, температура перехода TJ — 175 °С, температура корпуса TC — 75 °С, рабочий цикл 50% и общее сопротивление затвора 5 Ом. Совместно с каждым устройством в качестве фиксирующего использовался диод сверхбыстрого восстановления на 15 А и 600 В. Тестируемая схема представляла собой типовую топологию для индуктивных нагрузок.

Устройства АРТ30GP60В и АРТ6038ВLL имеют одинаковые размеры кристалла, а размер кристалла АРТ6010В2LL примерно в 3 раза больше. Обычно стоимость устройства зависит от площади кристалла, поэтому устройства с требуемыми характеристиками, построенные на меньшем по площади кристалле, стоят, как правило, дешевле.

Предположим, что нам необходимо обеспечить импульсный ток 8 А на частоте 200 кГц. Исходя из зависимостей на рис. 3, становится ясно, что МОП полевой транзистор АРТ6038ВLL — наилучший выбор, так как он может работать со значительно большими частотами, чем другие устройства. Теперь предположим, что требуется обеспечить ток 20 А на частоте 200 кГц. Такой ток будет способен обеспечить как PT IGBT АРТ30GP60В, так и МОП полевой  транзистор АРТ6010В2LL. Однако PT IGBT АРТ30GP60В будет стоить в три раза меньше, чем транзистор АРТ6010В2LL, в связи с уменьшенным размером кристалла. МОП полевой  транзистор АРТ6038ВLL полностью отпадает. При токе выше 37 А PT IGBT имеет все преимущества, даже не смотря на то, что обладает меньшим размером кристалла.

При таких рабочих частотах температура перехода IGBT будет ниже, чем у МОП полевого транзистора. Этот пример идет вразрез с общепринятым мнением, что МОП полевые транзисторы всегда работают эффективнее, чем IGBT, и высокая эффективность подразумевает высокую стоимость.

Для более корректного анализа стоит сделать еще несколько замечаний.

Во-первых, значение прямого тока ID МОП полевого транзистора АРТ6038ВLL составляет 17 А, но в нашем случае этот полевой транзистор вряд ли сможет обеспечить ток более 10 А. При других условиях, таких, например, как короткий рабочий цикл, транзистор сможет обеспечить прямой ток, близкий к номинальному значению. Номинальное значение прямого тока не может показать нам реальное значение тока для нашего применения, так как измеряется оно в непрерывном режиме (без потерь на переключение) и при определенной температуре. В основном номинальное значение прямого тока показывает относительную величину тока и потери проводимости в устройстве.

Во-вторых, общее сравнение показывает, что значение прямого тока ID МОП полевого транзистора АРТ6010В2LL (при непрерывном режиме с температурой корпуса 25 °С) близко к значению прямого тока IC2 IGBT АРТ30GP60В (при непрерывном режиме с температурой корпуса 110 °С) — 54 и 49 А соответственно. Эти характеристики весьма схожи между собой, производительность этих двух устройств тоже практически одинаковая. Оба устройства могут работать на частоте 200 кГц при рабочих токах, в половину меньших номинального значения тока.

В-третьих, биполярные транзисторы обладают большей плотностью тока, чем МОП полевые транзисторы, благодаря чему IGBT используют кристаллы меньшего размера с тем же уровнем мощности, что и МОП полевые транзисторы. Из-за значительного увеличения сопротивления в открытом состоянии полевые транзисторы обладают гораздо меньшей плотностью тока при рабочих напряжениях свыше 300 В. И здесь гораздо целесообразнее использовать IGBT.

В завершении надо отметить, что необходимо понимание относительной эффективности того или иного устройства при применении в различных условиях. На высоких частотах и сравнительно низкихтоках предпочтение отдается, как правило, МОП полевым транзисторам (или же РТ IGBT малых размеров). IGBT является лучшим решением в применениях, где требуется больший ток, так как потери проводимости умеренно увеличиваются с увеличением тока, в то время как значения потерь проводимости мощного полевого транзистора пропорциональны квадрату значения тока. В большинстве частотных и токовых диапазонов могут применяться различные устройства, однако последнее поколение PT IGBT Power MOS 7 выступает как самое недорогое решение.

 

Температурные эффекты

Скорость включения в импульсном режиме работы и потери для биполярных транзисторов с изолированным затвором и полевых транзисторов практически не зависят от температуры. Между тем, в режиме жесткого переключения обратный ток восстановления диода увеличивается с увеличением температуры, что увеличивает потери на переключение. Скорость выключения МОП полевых транзисторов также, в сущности, не связана с температурой, но скорость выключения IGBT ухудшается и потери на переключение, соответственно, увеличиваются с ростом температуры. Тем не менее в транзисторах PT IGBT Power MOS 7 потери сохраняются практически на прежнем уровне благодаря контролю над временем жизни неосновных носителей.

Одним из основных недостатков обычных IGBT силовых транзисторов является отрицательный температурный коэффициент (ТК) по напряжению насыщения (VCE(on)), что нарушает баланс токов при параллельном соединении транзисторов.

На рис. 4 представлены зависимости, характеризующие температурный коэффициент IGBT APT65GP60B2.

Рис. 4. Температурный коэффициент IGBT APT65GP60B2

Из рисунка видно, что температурный коэффициент слегка меняется в зависимости от тока коллектора — от отрицательного значения при токе меньше 65 А (нулевому ТК соответствует ток 75 А — на рисунке не показан) до положительного при токе больше 75 А. На это свойство специально был сделан упор при разработке PT IGBT Advanced Power Technology Power MOS 7 нового поколения. Данное свойство позволяет достаточно просто осуществлять параллельное включение устройств.

В отличие от PT IGBT полевые транзисторы обладают жестким положительным температурным коэффициентом, что приводит к потере проводимости при соединении более чем двух устройств при условии их работы в температурном диапазоне 25–125 °С.

 

Применение в системах импульсных источников питания (SMPS)

Усилительный преобразователь в режиме жесткого переключения

На рис 5. дано сравнение зависимостей рабочей частоты и прямого тока устройств PT IGBT АРТ15GP60В (IC2 = 27 А) и полевого транзистора АРТ6029BLL (ID = 21 А). Условия были выбраныте же, что и ранее: режим жесткого переключения с индуктивной нагрузкой, рабочее напряжение 400 В, температура перехода TJ — 175 °С, температура корпуса TC — 75 °С, рабочий цикл 50% и общее сопротивление затвора 5 Ом. Совместно с каждым устройством в качестве фиксирующего использовался диод сверхбыстрого восстановления на 15 А и 600 В. Из приведенных зависимостей видно, что каждое устройство может работать с частотой 200 кГц и током 14 А. При увеличении токов более привлекательным становится использование IGBT, так как при этом его рабочая частота выше, чем полевого транзистора. IGBT АРТ15GP60В обладает меньшими размерами кристалла, и поэтому дешевле. При значениях тока ниже 14 А полевой МОПтранзистор может работать с более высокой частотой, и это означает, что использование МОП полевого транзистора в этих условиях эффективнее, чем использование IGBT.

Рис. 5. Исполнение в схеме SMPS. Зависимость частоты усиления от тока

 

Фазосдвигающий мост

На рис. 6 приведена зависимость максимальной рабочей частоты и тока для устройств, схожих с предыдущими. АРТ6029BFLL — это силовой транзистор из семейства FREDFET (полевой транзистор со встроенным быстрым диодом), а АРТ15GP60BDF1 — COMBI IGBT (IGBT со встроенным диодом быстрого восстановления). Оба устройства могут использоваться в построении мостовых схем.

Рис. 6. Зависимость рабочей частоты от тока для фазосдвигающего моста

Анализируемая схема представляет собой ключ нулевого напряжения, что характерно для режима жесткого переключения. Из рис. 6 видно, что кривые зависимости частоты от тока просто смещены в область более высоких значений тока, если сравнивать с рис. 5 для усилительного преобразователя в режиме жесткого переключения. На самом деле необходимо отметить, что кривые IGBT смещены дальше, чем кривые полевого транзистора. Это обусловлено тем, что IGBT обладает меньшими потерями проводимости, чем полевой транзистор. При рабочем токе выше 13 А основные потери полевого транзистора обусловлены потерями проводимости. При значении тока 15 А у МОП полевого транзистора АРТ6029BLF теряется 75 Вт мощности в связи с потерями проводимости, в то время как у PT IGBT АРТ15GP60BDF1 — около 14 Вт. Потери на переключение преобладают над потерями проводимости IGBT вплоть до уровня рабочего тока 40 А. При токе выше 40 А потери проводимости IGBT становятся больше, чем потери на переключение.

Когда значение рабочей частоты ниже 300 кГц, IGBT обладает преимуществом режима мягкого включения в схеме фазосдвигающего моста, так как допустимое максимальное значение рабочего тока больше, чем у полевого транзистора. Малые потери на переключение IGBT в результате мягкого переключения дополнены малыми потерями проводимости. Таким образом, семейство Power MOS 7 PT IGBT находит свое применение как в схемах мягкого, так и жесткого переключения.

 

Заключение

Новое поколение биполярных транзисторов с изолированным затвором PT IGBT Power MOS 7 производства Advanced Power Technology обладает совокупностью значительно улучшенных динамических характеристик, малыми потерями проводимости и универсальной способностью мягкого переключения. Дополняя эти преимущества немаловажным фактором — невысокой стоимостью — новое поколение транзисторов PT IGBT Power MOS 7 действительно может заменить полевые транзисторы в применениях импульсного электропитания. Теперь уже трудно сказать, насколько долго продержатся высоковольтные полевые транзисторы в составе устройств питания. Скорее всего, в будущем биполярные транзисторы с изолированным затвором займут их место.

Литература

1. Latest Technology PT IGBTs vs. Power MOSFETs. Application Note APT0302 Rev. A. 04-04-2003.

Что такое IGBT транзистор | Энергофиксик

Здравствуйте уважаемые подписчики и посетители моего канала! Мы продолжаем знакомиться с элементами радиоэлектроники и сегодня нашим героем становится IGBT транзистор, он же Биполярный Транзистор с Изолированным Затвором (БТИЗ). Давайте узнаем, что это такое, какие слабые и сильные стороны есть у изделия, и где на сегодняшний день он применяется. Итак, начнем.

Транзистор марки STGW45HF60WD

Что такое БТИЗ (IGBT)

Итак, БТИЗ — это в некоторой степени уникальный прибор, в котором самым удачным образом соединены полевой и биполярный транзисторы.

Принцип работы изделия заключен в следующем: как только поступает U «+» между затвором и истоком, происходит открытие полевого транзистора, иначе говоря формируется N канал. В результате этого начинается перемещение заряженных частиц из участка N в участок P и это, в свою очередь, заставляет открываться биполярный транзистор и это обеспечивает протекание электрического тока по пути эмиттер-коллектор.

Упрощенная схема БТИЗ транзистора

Графически транзистор выглядит следующим образом:

Графическое обозначение биполярного транзистора с изолированным затвором

Основные параметры изделия

К основным параметрам таких транзисторов относят:

1. Напряжение управления. Разность потенциалов управляющие работой затвора.

2. Максимально допустимый ток.

3. Напряжение пробоя между эмиттером и коллектором.

4. Ток отсечки эмиттер-коллектор.

5. Напряжение насыщения.

6. Входная и выходная емкости.

7. Индуктивность паразитного плана.

8. Время задержки подключения.

9. Время задержки выключения.

10. Сопротивление внутреннее.

Datasheed STGW45HF60WD

Преимущества и особенности IGBT транзисторов

1. Предельно простая параллельная схема.

2. Минимум потерь.

3. Высокая плотность тока.

4. Повышенная устойчивость к коротким замыканиям.

5. Минимальные потери в открытом состоянии.

6. Сохранение работоспособности при высоких температурах (работает при температуре выше 100 градусов по Цельсию).

7. Работа с высоким напряжением (более 1 кВ) и высокой мощностью (более 5 кВт).

Когда проектируются системы с БТИЗ транзисторами, обязательно учитывают существующие ограничения по максимальному току. И для этих целей используют следующие возможности: точный выбор тока защиты, выбор сопротивления затвора, использование возможных обходных цепочек коммутирования.

БТИЗ транзистор IRGPS46160D

Область применения

В большинстве случаев IGBT используются в высоковольтных сетях напряжением до 6,5 кВ для стабильного, а самое главное, безопасного функционирования оборудования в нештатном режиме короткого замыкания.

Эти свойства позволяют использовать транзисторы в частотно-регулируемых приводах, инверторах, регуляторах тока импульсного типа и еще в сварочных аппаратах современного типа.

Помимо этого БТИЗ используются в системах приводов управления электровозов, а так же троллейбусов.

Кроме этого биполярные транзисторы с изолированным затвором можно встретить в стиральных машинах, посудомойках, инверторных кондиционерах и т. п.

Компьютерный блок питания

Как видите IGBT транзисторы активно используются в современном мире. Если вы хотите узнать каким образом их можно проверить с помощью обычного мультиметра и много другой полезной информации, тогда подпишитесь, поставьте лайк и сделайте репост!

Спасибо, что дочитали до конца!

IGBT транзисторы — определение, схематическое обозначение, упрощенная эквивалентная схема и основные применения

Биполярный транзистор с изолированным затвором (БТИЗ) или IGBT от английского Insulated-gate bipolar transistor — прибор совмещающий в одном корпусе два электронных компонента — полевой и биполярный транзисторы.

Рис. 2 Схематическое обозначение IGBT и упрощенная эквивалентная схема

По своей структуре igbt представляет собой составной транзистор включенный по каскадной схеме. Схематическое обозначение IGBT показано на рисунке 2 справа. Транзистор имеет три вывода: G – «затвор», C – «коллектор», E – «эмиттер». Входная часть транзистора изображается как вход МОП — транзистора с индуцированным каналом, выходная часть как выход биполярного p-n-p транзистора. Упрощенная эквивалентная схема IGBT показана на рисунке 2 слева. Интересно, что «коллектору» IGBT соответствует «эмиттер» выходного биполярного p-n-p транзистора, а «эмиттеру» наоборот «коллектору».

Такое составное включение двух электронных ключей: входной ключ на низковольтном полевом транзисторе управляет мощным оконечным ключом на высоковольтном биполярном транзисторе, позволило объединить преимущества обеих типов полупроводниковых приборов в одном корпусе.

IGBT сочетает преимущества полевых и биполярных транзисторов:

• высокое входное сопротивление, малый ток управления — от полевых транзисторов с изолированным затвором (МОП)
• низкое значение остаточного напряжения во включенном состоянии — от биполярных транзисторов.
• малые потери в открытом состоянии при больших токах и высоких напряжениях;
• характеристики переключения и проводимость биполярного транзистора;
• управление не током, а напряжением как у МОП.

Основное применение IGBT транзисторов

IGBT применяют при работе с высокими напряжениями — более 1000 Вольт, высокой температурой — более 100 °C и высокой выходной мощностью — более 5 кВт.

Основное применение IGBT транзисторов — это импульсные регуляторы тока, частотно-регулируемые приводы, инверторы.

Широкое применение igbt транзисторы нашли в схемах управления импульсной лампы во внешних вспышках для зеркальных фотоаппаратов, управлении мощным электроприводом, в источниках сварочного тока, источниках бесперебойного питания и т. д.

Пример реализации схемы управления импульсной лампой во внешней вспышке Nissin Di 866 на igbt транзисторе RJP4301 купить который можно в нашем магазине.

IGBT транзисторы

Добавлено 17 сентября 2018 в 21:34

Сохранить или поделиться

Биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT)

Из-за своих изолированных затворов IGFET транзисторы всех типов имеют чрезвычайно высокий коэффициент усиления по току: не может быть устойчивого тока затвора, если нет замкнутой цепи затвора, в которой электроны могут непрерывно протекать. Таким образом, единственный ток, который мы видим на выводе затвора полевого транзистора с изолированным затвором, – это ток во время временного перехода (кратковременный импульс), который может потребоваться для зарядки емкости затвора и смещения обедненной области, когда транзистор переключается из состояния «открыт» в состояние «закрыт», и наоборот.

Этот высокий коэффициент усиления по току, по-видимому, дает технологии IGFET решающее преимущество по сравнению с биполярными транзисторами в плане управления большими токами. Если для управления большим током используется биполярный транзистор, то схемой управления в соответствии с коэффициентом β должен быть обеспечен существенный ток базы. Для примера, для того, чтобы мощный биполярный транзистор с β=20 проводил ток коллектора 100 ампер, ток базы должен быть не менее 5 ампер, что само по себе является значительной величиной тока для небольших дискретных или интегральных схем управления:

Ключ на биполярном транзисторе

Было бы хорошо с точки зрения схемы управления иметь силовые транзисторы с высоким коэффициентом усиления по току так, чтобы для управления током нагрузки требовалось гораздо меньше управляющего тока. Разумеется, мы можем использовать транзисторные пары Дарлингтона, чтобы увеличить усиление по току, но для такого устройства всё равно будет требоваться гораздо больший управляющий ток, чем для эквивалентной схемы на мощном полевом транзисторе с изолированным затвором:

Ключ на паре ДарлингтонаКлюч на полевом транзисторе с изолированным затвором

Однако, к сожалению, полевые транзисторы с изолированным затвором имеют проблемы с управлением высокими токами: они, как правило, демонстрируют большее падение напряжения сток-исток, чем падение напряжения коллектор-эмиттер у насыщенного биполярного транзистора. Это большее падение напряжения соответствует более высокой рассеиваемой мощности при той же величине тока нагрузки, что ограничивает полезность полевых транзисторов с изолированным затвором в качестве мощных устройств. Хотя некоторые специализированные конструкции, такие как так называемый VMOS транзистор, были разработаны для минимизации этого недостатка, биполярный транзистор по-прежнему превосходит их по своей способности коммутировать большие токи.

Интересное решение этой дилеммы использует лучшие качества полевых транзисторов с изолированным затвором в сочетании с лучшими качествами биполярных транзисторов в одном устройстве, называемом биполярный транзистор с изолированным затвором (БТИЗ, англ. Insulated-gate bipolar transistor, IGBT). Также известный как MOSFET с биполярным режимом, полевой транзистор с модуляцией проводимости (Conductivity-Modulated Field-Effect Transistor, COMFET) или просто транзистор с изолированным затвором (Insulated-Gate Transistor, IGT), он эквивалентен паре Дарлингтона из полевого транзистора с изолированным затвором и биполярного транзистора:

Биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT) (N-канальный)

По сути, полевой транзистор с изолированным затвором управляет током базы биполярного транзистора, который управляет током основной нагрузки между коллектором и эмиттером. Таким образом, получается чрезвычайно высокий коэффициент усиления по току (поскольку изолированный затвор IGFET транзистора практически не потребляет ток от схемы управления), и при этом падение напряжения коллектор-эмиттер в режиме полной проводимости ниже, чем у обычного биполярного транзистора.

Одним из недостатков IGBT транзистора по сравнению с обычным биполярным транзистором является его более медленное время выключения. Относительно быстроты переключения и способности работать с большими токами, победить биполярный транзистор сложно. Более быстрое время выключения для IGBT транзистора может быть достигнуто путем определенных изменений в конструкции, но только за счет более высокого падения напряжения между коллектором и эмиттером в режиме насыщения. Однако IGBT транзистор в приложениях управления большими мощностями обеспечивает хорошую альтернативу и полевым транзисторам с изолированным затвором, и биполярным транзисторам.

Оригинал статьи:

Теги

IGBT / БТИЗ транзистор (биполярный транзистор с изолированным затвором)IGFET / МДП транзистор (полевой транзистор с изолированным затвором)Биполярный транзисторОбучениеПара ДарлингтонаПолевой транзисторТранзисторный ключЭлектроника

Сохранить или поделиться

Dekada — ⚙ Технологии MOSFET и IGBT | Что это и что лучше?…

Флюсовая Проволока плюсы и минусы 💪

Доброго времени суток, всем тем, кто решил попробовать варить без помощи газа порошковой проволокой или как ее еще называют флюсовой.🤝
В этой статье я попытаюсь простыми словами объяснить что такое флюсовая проволока, как ей пользоваться, стоит ли переходить с обычной сварки на без газовую, когда это выгодно, а когда нет.

Что такое флюсовая проволока❓
Это полая трубка в которую засыпан порошок (флюс). При горении флюс из проволоки, обеспечивает необходимую газовую защиту от внешних воздействий, для правильного формирования сварного шва. Получается, что это как раз и обуславливает возможность не использовать углекислый газ или его смеси для работы сварочного аппарата.

Преимущества флюсовой проволоки💚
Основным плюсом применения флюсовой проволоки является то, что нет необходимости использовать защитный газ и постоянно транспортировать с собой тяжелый газовый баллон. Если Вам часто необходимо перевозить свой полуавтомат по работе, то значительно легче будет носить с собой только сварочный аппарат и проволоку. К минусам использования порошковой проволоки в первую очередь можно отнести ее высокую стоимость в отличие от обычной. Потребность уделять большое внимание при ее выборе, так как не все производители флюсовой проволоки изготавливают товар надлежащего качества, даже по ценам выше среднего. Да и практически все опытные сварщики до сих пор отдают свое предпочтение сварке с газом, аргументируя это тем, что такого высокого качества сварки флюсовой проволокой добиться значительно тяжелее. Хотя всем кто сталкивался со сваркой любого типа скажет, что прежде всего качество сварного шва и работы в целом больше зависит от умения и опыта сварщика, а уже потом от аппарата которым он пользуется.

Как работать с флюсовой проволокой❓
Для работы с флюсовой проволокой сварочный полувтомат должен иметь функцию смены полярности. Это может быть как вынесено на сварочный блок и там мы просто переставляем штекер массы с минуса на плюс. Если снаружи нет такой возможности, то открываем крышку блока снимаем клеммы и меняем местами провода с минуса на плюс. Если и такой возможности нет, значит Ваш аппарат не предназначен для работы с порошковой проволокой.

Следующим пунктом мы проверяем расположение подающего ролика и соответствие размера канавки к диаметру проволоки которую будем сейчас пользовать. Наверное самой распространенной флюсовой проволокой использованной в бытовых целях будет диаметр 0,8 мм. Но для работы с тугоплавкими материалами используют проволоку диаметром до 2,4 мм, благодаря флюсу и его высокой степени плавления даже при таких габаритах можно получить плотный однородный шов отличной прочности.

Продеваем проволоку с катушки в подающий механизм и аккуратно прикручиваем прижимной ролик, чтобы не повредить её мягкую структуру. Преждевременно снимаем наконечник, чтобы не замять проволоку, после протягивания накручиваем наконечник подходящего диаметра. Затем устанавливаем исходные ориентировочные настройки на аппарате в зависимости от толщины металла с которым планируете работать.

Если Вы используете полуавтомат для бытовых целей и небольшой толщины металла в 1-2 мм, такие параметры как напряжение, скорость подачи проволоки и индуктивность выставляем сначала на минимальных показателях, а потом в зависимости от запросов сварщика и поведения сварки корректируем в процессе работы индивидуально. После работы на поверхности готового шва образуется шлаковая корка, которая довольно легко счищается обычной металлической щеткой.

Непосредственно после того как мы лично поработали с флюсовой проволокой к ее плюсам можно смело отнести практически абсолютное отсутствие металлических брызг и безвредность для здоровья сварщика.

В наше время сварочный полуавтомат стал не только предметом приобретения промышленных предприятий для своих производственных целей, а возможность сделать что-то своими руками обычному потребителю. Конечно же на это повлияло развитие рынка и приход на них так называемых «китайцев» которые на порядок снизили ценовую планку данных аппаратов. И сейчас какой-нибудь полуавтомат за 5-6 тысяч гривен можно увидеть во многих гаражах наших земляков. Люди приобретают их как для просто бытовых целей, дополнительного заработка или даже маленького частного производства.

Использования проволоки в отличие от хрупких электродов существенно облегчает работу специалиста. И конечно же она по своим характеристикам должна соответствовать свойствам металла части которого Вы будете сваривать. Ведь от правильного ее выбора будет зависеть не только производительность процесса, а и главное качество и надежность шва.
https://dekada.shop/rabota-flusovoi-provolokoi

IGBT транзисторы, IGBT модули, IGBT полумосты SEMIKRON, модули skim

---

Компания SEMIKRON производит IGBT модули, полумосты, IGBT транзисторы, модули в различных корпусах, которые соответствуют определённым технологическим характеристикам.  Различают восемь видов корпусов: SEMITRANS,    SEMiX   ,   SEMITOP,SKiiP  IPM , Mini SKiiP, Mini SKiiP IPM, SKIM 4/5,SKIM 63/93.

SEMIKRON производит разнообразные типы силовых полупроводниковых приборов:

• Модули IGBT.
• Интеллектуальные модули IGBT.
• Модули MOSFET.
• Драйверы IGBT.
• Тиристоры и диоды как в модульном исполнении так и в дискретном.
   

IGBT транзисторы

Биполярный транзистор с изолированным затвором (БТИЗ) (англ. IGBT от англ. Insulated-gate bipolar transistor) — трёхэлектродный силовой электронный прибор, используемый, в основном, как мощный электронный ключ в импульсных источниках питания, инверторах, в системах управления электрическими приводами.

IGBT транзисторы вытесняют тиристоры из высоковольтных схем преобразования частоты и позволяют создать импульсные источники вторичного электропитания с качественно лучшими характеристиками.

IGBT полумосты и модули

Semikron выпускает широкую гамму силовой продукции в диапазоне токов от 1 А до 100 А и напряжении от 200 В до 3000 В. Наиболее известны выпрямительные IGBT полумосты и диоды на большие токи.

  Сегодня компания SEMIKRON предлагает восемь типов модулей IGBT в стандартных конструктивах с рабочим напряжением 600, 1200 и 1700 В.  

IGBT транзисторы используются достаточно широко в инверторах для управления электродвигателями, в мощных системах бесперебойного питания с напряжениями свыше 1 кВ и токами в сотни ампер.

Что это — IGBT-транзистор?

Параллельно с изучением свойств полупроводников происходило и совершенствование технологии изготовления приборов на их основе. Постепенно появлялись все новые элементы, с хорошими эксплуатационными характеристиками. Первый IGBT-транзистор появился в 1985 году и сочетал в себе уникальные свойства биполярной и полевой структур. Как оказалось, эти два известных на тот момент типа полупроводниковых приборов вполне могут “уживаться” вместе. Они-то и образовали структуру, которая стала инновационной и постепенно приобрела огромную популярность у разработчиков электронных схем. Сама аббревиатура IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistors) говорит о создании гибридной схемы на основе биполярного и полевого транзисторов. При этом способность работать с большими токами в силовых цепях одной структуры сочеталась с высоким входным сопротивлением другой.

Коммутируемое напряжение выросло с 1000V до 4500V. Это позволило использовать силовые модули при работе в цепях повышенного напряжения. Дискретные элементы и модули стали более надежными в работе с индуктивностью в силовой цепи и более защищенными от импульсных помех.

Коммутируемый ток для дискретных элементов вырос до 600A в дискретном и до 1800A в модульном исполнении. Это позволило коммутировать токовые цепи большой мощности и использовать IGBT-транзистор для работы с двигателями, нагревателями, различными установками промышленного назначения и т.д.

Прямое падение напряжения в открытом состоянии упало до 1V. Это позволило уменьшить площадь теплоотводящих радиаторов и одновременно снизить риск выхода из строя от теплового пробоя.

Частота коммутации в современных приборах достигает 75 Гц, что позволяет использовать их в инновационных схемах управления электроприводом. В частности, они с успехом применяются в частотных преобразователях. Такие приборы оснащены шим-контроллером, который и работает в «связке» с модулем, основной элемент в котором – IGBT-транзистор. Частотные преобразователи постепенно замещают традиционные схемы управления электроприводом.

Быстродействие прибора также сильно выросло. Современные транзисторы IGBT обладают di/dt = 200мкс. Имеется в виду время, затраченное на включение/отключение. По сравнению с первыми образцами быстродействие увеличилось в пять раз. Увеличение этого параметра влияет на возможную коммутируемую частоту, что немаловажно при работе с устройствами, реализующими принцип шим-регулирования.

Также совершенствовались и электронные схемы, которые осуществляли управление IGBT-транзистором. Основные требования, которые предъявлялись к ним – это обеспечить безопасное и надежное переключение устройства. Они должны учитывать все слабые стороны транзистора, в частности, его «боязнь» перенапряжения и статического электричества.

IGBT: часто задаваемые вопросы (FAQ)

Компании начинают осознавать потенциал новых рынков и возможности получения доходов от переработки, поскольку они исследуют более комплексную модель «кремний-сервисы», которая охватывает центр обработки данных и мобильную периферию. В частности, с сокращением ASP (средние цены продажи) и все более непомерно высокими затратами на проектирование на все более низких узлах многие компании ищут новые потоки доходов в широком диапазоне вертикалей, включая Интернет вещей (IoT).

Однако с учетом того, что количество установок Интернета вещей, как ожидается, будет увеличиваться примерно на 15–20% ежегодно до 2020 года, безопасность в настоящее время воспринимается как серьезная возможность, так и серьезная проблема для полупроводниковой промышленности.

Помимо услуг, концепция оборудования с открытым исходным кодом (OSH) и создание микросхем из разукрупненных, предварительно проверенных чиплетов начинает набирать обороты по мере того, как компании сокращают расходы и сокращают время вывода на рынок гетерогенных конструкций.

Конкретные стратегии раскрытия всего потенциала кремния и услуг, несомненно, будут различаться, поэтому для нас важно исследовать будущее, в котором полупроводниковые компании, а также различные отрасли, организации и правительственные учреждения будут играть открытую и совместную роль в помогая устойчиво монетизировать как микросхемы, так и услуги.

В 2016 и 2017 годах продолжались быстрые приобретения и консолидация отрасли:

• Компания Analog Devices приобрела Linear Technology
• Infineon приобрела International Rectifier
• Компания ROHM приобрела Powervation
.
• Renesas приобрела Intersil

Крупные производители полупроводников позиционируют себя, чтобы лучше конкурировать в нескольких вертикалях, включая облачные вычисления, искусственный интеллект (AI) и беспилотные автомобили. Согласно KPMG, многие компании все чаще рассматривают слияния и поглощения (M&A) как единственный способ стимулировать рост реальной выручки, делая новый акцент на вопросе «производить или покупать», при этом многие выбирают ответ «покупать».

В то же время расходы на разработку микросхем продолжали расти и существенно влияли на количество разработок в усовершенствованных узлах. В частности, общее количество запусков SoC с расширенной производительностью многоядерных процессоров в первый раз практически не изменилось и выросло лишь незначительно за последние пять лет.Хотя цены на дизайн неуклонно растут с 40 нм, аналитиков больше всего беспокоит увеличение затрат на дизайн на 7 и 5 нм.

Рич Вавжиняк, старший аналитик Semico Research, подтверждает, что начало проектирования, превышающее 10 нм, будет сдерживаться ростом затрат на разработку. Хотя общее количество проектов, которые переносятся на новые узлы, может не сильно отличаться от предыдущих обновлений геометрии процесса, Вавжиняк говорит, что сроки для таких переходов большинством компаний будут более продолжительными.

Совершенно очевидно, что необходимы новые модели как для НИОКР, так и для доходов, поскольку усиление консолидации отрасли и ослабление АСП в долгосрочной перспективе невозможно. Именно поэтому отрасль стремится к Интернету вещей, чтобы создать дополнительные потоки доходов, и аналитики McKinsey Global Institute (MGI) оценивают, что IoT может иметь ежегодный экономический эффект от 3,9 до 11,1 триллиона долларов к 2025 году по нескольким вертикалям. Однако с учетом того, что количество установок Интернета вещей, как ожидается, будет увеличиваться примерно на 15–20% ежегодно до 2020 года, безопасность считается как серьезной возможностью, так и проблемой для полупроводниковых компаний.

Таким образом, MGI рекомендует создавать решения безопасности, которые позволят компаниям, производящим полупроводники, выйти в смежные области бизнеса и разработать новые бизнес-модели. Например, компании могут помочь создать предложения по обеспечению сквозной безопасности, которые необходимы для успеха Интернета вещей. В идеале, по мнению MGI, отрасль должна играть ведущую роль при разработке таких предложений, чтобы гарантировать, что они получат свою справедливую долю в цепочке создания стоимости.

С нашей точки зрения, решения для сквозной безопасности Интернета вещей, развернутые как платформа как услуга (PaaS), имеют решающее значение для помощи полупроводниковым компаниям в получении возобновляемых доходов от реализации конкретных услуг.Для клиентов PaaS предлагает простой способ безопасной разработки, запуска и управления приложениями и устройствами без сложностей, связанных с построением и обслуживанием сложной инфраструктуры.

Такие решения безопасности, которые также могут использовать аппаратный корень доверия, должны поддерживать идентификацию устройства и взаимную аутентификацию (верификацию), стандартные проверки аттестации, безопасные обновления устройств по беспроводной сети (OTA), аварийное восстановление и ключ управление, а также вывод из эксплуатации и переназначение ключей для лучшего управления устройствами и смягчения различных атак, включая распределенный отказ в обслуживании (DDoS).

Умные города

Недоступные микросхемы — такие как микросхемы, встроенные в инфраструктуру интеллектуального города Интернета вещей — могут предложить полупроводниковым компаниям возможность реализовать долгосрочную модель PaaS «кремний для обслуживания». Действительно, инфраструктура будущего умного города почти наверняка будет спроектирована с использованием микросхем в труднодоступных местах, включая подземные водопроводные трубы, воздуховоды для кондиционирования воздуха, а также под улицами и на парковках.

Интеллектуальное уличное освещение, отзывчивые вывески и маячки Bluetooth нового поколения также требуют перспективных решений, чтобы избежать постоянного физического обслуживания и обновлений. Следовательно, микросхема, обеспечивающая питание инфраструктуры умного города, должна поддерживать безопасную конфигурацию функций в полевых условиях, а также различные услуги на основе PaaS, такие как расширенная аналитика, предупреждения о профилактическом обслуживании, алгоритмы самообучения и интеллектуальное проактивное взаимодействие с клиентами.

Умные дома

Прогнозируется, что к 2020 году глобальный рынок умного дома достигнет стоимости не менее 40 миллиардов долларов. По данным Markets and Markets, рост пространства умного дома можно объяснить множеством факторов, в том числе значительными достижениями в секторе Интернета вещей; возрастающие требования к удобству, безопасности и защищенности потребителей; более выраженная потребность в энергосберегающих решениях с низким уровнем выбросов углерода.Однако, как мы уже обсуждали ранее, крайне важно обеспечить реализацию безопасности Интернета вещей на этапе проектирования продукта, чтобы предотвратить использование злоумышленниками устройств умного дома и прерывание обслуживания.

В дополнение к потенциально прибыльным возможностям кибербезопасности для компаний, производящих полупроводники, устройства «умный дом» обещают создать повторяющиеся потоки доходов для поддержки устойчивой модели «переход от кремния к услугам». В качестве примера Кристопер Дин из MarketingInsider выделяет популярные устройства Echo от Amazon.Поскольку уже продано не менее 15 миллионов Echo, пользователи Echo, скорее всего, станут активными потребителями Amazon, используя устройство для отслеживания списков желаний и поиска товаров, которые им впоследствии предлагается купить. Между тем, Nest использует данные термостата в качестве платформы для предложения услуг по управлению энергопотреблением коммунальным компаниям в Соединенных Штатах, при этом компании платят за значимую и действенную информацию о клиентах по подписке.

Автомобильная промышленность

По данным IC Insights, в период с 2016 по 2021 год продажи микросхем для автомобильных систем и Интернета вещей будут расти на 70% быстрее, чем общие доходы от IC. В частности, продажи интегральных схем для автомобилей и других транспортных средств, по прогнозам, вырастут с 22,9 млрд долларов в 2016 году до 42,9 млрд долларов в 2021 году, а доходы от функциональности Интернета вещей увеличатся с 18,4 млрд долларов в 2016 году до 34,2 млрд долларов в 2021 году.

Прогнозируемый рост продаж автомобильных микросхем неудивителен, поскольку современные автомобили по сути представляют собой сеть сетей, оснащенных рядом встроенных методов и возможностей связи. Однако это означает, что автомобили теперь более уязвимы для кибератак, чем когда-либо прежде.

Потенциальные уязвимости системы безопасности включают незащищенную связь между транспортными средствами, несанкционированный сбор информации о водителе или пассажирах, захват контроля над критически важными системами, такими как тормоза или акселераторы, перехват данных транспортного средства, вмешательство в работу сторонних ключей и изменение избыточного кода. обновления прошивки по воздуху (OTA). Что касается последнего, производители автомобилей сейчас сосредоточены на предоставлении безопасных обновлений OTA для различных систем, при этом глобальный рынок автомобильных обновлений OTA, по прогнозам, будет расти со среднегодовым темпом роста 18.2% с 2017 по 2022 год и достигнет 3,89 миллиарда долларов к 2022 году.

Производители автомобилей также работают над тем, чтобы в цепочке поставок транспортных средств не было украденных и контрафактных компонентов. Тем не менее, широкий спектр устройств с серого рынка все еще можно найти для питания дорогостоящих модулей, таких как бортовые информационно-развлекательные системы и фары, а также в критически важных системах безопасности, включая модули подушек безопасности, тормозные модули и органы управления трансмиссией. Таким образом, защита периферийных устройств и компонентов транспортных средств от несанкционированного доступа путем внедрения ряда многоуровневых аппаратных и программных решений безопасности стала приоритетной задачей для ряда производителей автомобилей.

Помимо внедрения многоуровневых решений безопасности, полупроводниковая промышленность явно выиграет от принятия подхода IoT «как услуга» к автомобильному сектору. Например, компании могут развернуть сенсорные автомобильные системы, которые заблаговременно обнаруживают потенциальные проблемы и неисправности. Это решение, которое в своей наиболее оптимальной конфигурации сочетало бы в себе микросхемы и услуги, могло бы быть продано как аппаратный и программный продукт или развернуто как услуга с ежемесячной или ежегодной абонентской платой.

Медицина и здравоохранение

Имплантированные медицинские устройства с длительным сроком службы, несомненно, потребуют от полупроводниковой промышленности высокой степени готовности к будущему, чтобы избежать частых физических обновлений и технического обслуживания. Шрихари Яманур, специалист по дизайну в области исследований и разработок в Stellartech Research Corp., отмечает, что медицинские устройства в конечном итоге будут адаптированы для удовлетворения потребностей отдельных пациентов, что приведет к расширению применения точной медицины.

Кроме того, ожидается, что отрасль медицинского страхования будет использовать машинное обучение для оптимизации и снижения стоимости медицинского обслуживания, в то время как цифровые медицинские устройства также будут использоваться страховой отраслью для выявления пациентов из группы риска и оказания помощи.Поэтому медицинские устройства, особенно имплантируемые модели, должны быть спроектированы таким образом, чтобы поддерживать «модель перехода от одного кристалла к другому» через конфигурацию функций и безопасные обновления OTA, а также услуги на основе PaaS, включая сбор и анализ соответствующих данных; проактивное обслуживание, продвинутые алгоритмы; и интуитивно понятный интерфейс как для пациентов, так и для врачей.

Аппаратное обеспечение с открытым исходным кодом и дезагрегированные чиплеты

Наряду с услугами, оборудование с открытым исходным кодом, предлагаемое такими организациями и компаниями, как RISC-V и SiFive, начало положительно влиять на индустрию полупроводников, поощряя инновации, сокращая затраты на разработку и ускоряя время вывода продукта на рынок.

Успех программного обеспечения с открытым исходным кодом — в отличие от закрытого, огороженного сада — продолжает создавать важный прецедент для полупроводниковой промышленности. Столкнувшись с непомерно высокими затратами на разработку, ряд компаний предпочитают избегать ненужных сборщиков дорожных сборов, уделяя больше внимания архитектуре с открытым исходным кодом, поскольку они работают над созданием новых потоков доходов, ориентированных на услуги.

Помимо аппаратного обеспечения с открытым исходным кодом, концепция построения кремния из предварительно проверенных чиплетов начинает набирать обороты, поскольку полупроводниковая промышленность движется к сокращению затрат и сокращению времени вывода на рынок гетерогенных конструкций.По словам Энн Стефора Мутчлер из Semiconductor Engineering, концепция чиплета некоторое время находилась в стадии разработки, хотя исторически она воспринималась как потенциальное направление будущего, а не реальное решение в тени убывающего закона Мура. Это восприятие начинает меняться по мере увеличения сложности конструкции, особенно в усовершенствованных узлах (10/7 нм), а также по мере объединения новых рынков, требующих частично настраиваемых решений.

Концепция предварительно проверенных чиплетов вызвала интерес U.Агентство перспективных исследовательских проектов S. Defense (DARPA), которое недавно развернуло свою программу Общей гетерогенной интеграции и стратегий повторного использования IP (CHIPS). В сотрудничестве с полупроводниковой промышленностью успешная реализация CHIPS позволила бы увидеть ряд IP-блоков, подсистем и микросхем, объединенных на переходнике в корпусе, подобном 2.5D.

Инициатива CHIPS заняла центральное место в августе 2017 года, когда участники из военного, коммерческого и академического секторов собрались в штаб-квартире DARPA на официальном стартовом совещании по программе Агентства по стратегии общей гетерогенной интеграции и повторного использования интеллектуальной собственности (ИС).

Как сообщил на конференции д-р Дэниел Грин из DARPA, программа направлена ​​на разработку новой технологической структуры, в которой различные функции и блоки интеллектуальной собственности, в том числе хранение данных, вычисления, обработка сигналов, а также управление формой и потоком данных — можно разделить на небольшие чиплеты. Затем их можно смешивать, сопоставлять и комбинировать на промежуточном элементе, что-то вроде соединения частей головоломки. Фактически, говорит Грин, вся обычная печатная плата с множеством различных, но полноразмерных микросхем может в конечном итоге быть уменьшена до гораздо меньшего промежуточного устройства, на котором размещается кучка, но гораздо меньших микросхем.

Согласно DARPA, конкретные технологии, которые могут появиться в результате инициативы CHIPS, включают компактную замену целых печатных плат, сверхширокополосные радиочастотные (RF) системы и системы быстрого обучения для извлечения интересной и действенной информации из гораздо больших объемов обычных данных. .

Возможно, неудивительно, что полупроводниковая промышленность уже рассматривает дезагрегированный подход в виде микросхем SerDes и специализированных маломощных интерфейсов «кристалл-кристалл» для конкретных приложений.Безусловно, жизнеспособное разделение кремниевых компонентов может быть достигнуто путем перемещения высокоскоростных интерфейсов, таких как SerDes, на отдельные кристаллы в виде микросхем SerDes, смещения IP аналогового датчика на отдельные аналоговые микросхемы и реализации перехода кристалла к кристаллу с очень низким энергопотреблением и малой задержкой. die интерфейсы через MCM или через переходник с использованием технологии 2.5D.

Помимо использования заведомо исправной матрицы для SerDes в более зрелых узлах (N-1) или наоборот, ожидается, что дезагрегация упростит создание нескольких SKU при оптимизации затрат и снижении риска.Точнее, дезагрегирование приведет к разбивке SoC на более высокопроизводительные и меньшие матрицы, что позволит компаниям создавать определенные конструкции с несколькими вариантами. Действительно, интерфейсы «от кристалла к кристаллу» могут легче адаптироваться к различным приложениям, использующим память, логику и аналоговые технологии. Кроме того, для интерфейсов «от кристалла к кристаллу» не требуется согласованной скорости линии / передачи и количества дорожек, в то время как FEC может потребоваться или не потребоваться в зависимости от требований к задержке.

Следует отметить, что несколько компаний активно занимаются агрегацией SoC / ASIC для коммутаторов и других систем.Точно так же полупроводниковая промышленность разрабатывает ASIC с интерфейсами «кристалл-кристалл» на ведущих узлах FinFET, в то время как по крайней мере один серверный чип следующего поколения разрабатывается с дезагрегированным вводом-выводом на отдельном кристалле.

Заключение

За последние пять лет полупроводниковая промышленность столкнулась с множеством сложных проблем. К ним относятся увеличение затрат на разработку, размытие ASP, насыщение рынка и повышенная, но неустойчивая деятельность по слияниям и поглощениям. В течение 2018 года полупроводниковая промышленность продолжает стремиться к возвращению к стабильности и органическому росту в рамках параметров новой бизнес-парадигмы, одновременно жизнеспособной и основанной на сотрудничестве.В этом контексте компании, производящие полупроводники, осознают потенциал новых рынков и возможности получения доходов в нисходящем направлении, поскольку они исследуют более комплексную модель «от кремния к услугам», которая охватывает центр обработки данных и мобильный терминал.

Сюда входят решения для сквозной безопасности IoT и услуги на основе PaaS, такие как конфигурация функций на месте, расширенная аналитика, предупреждения о профилактическом обслуживании, алгоритмы самообучения и интеллектуальное упреждающее взаимодействие с клиентами. Помимо услуг, концепция оборудования с открытым исходным кодом и создание микросхем из разукрупненных, предварительно проверенных микросхем начинает набирать обороты, поскольку компании переходят к сокращению затрат и сокращению времени вывода на рынок гетерогенных конструкций.

Конкретные стратегии раскрытия всего потенциала полупроводников, несомненно, будут различаться, поэтому для нас важно изучить будущее, в котором отрасль, наряду с различными исследовательскими организациями и государственными учреждениями, будет играть открытую и совместную роль, помогая устойчивой монетизации и кремний, и сервисы.

Для получения дополнительной информации по этой теме посетите сайт Rambus.

Шрикант Лохокаре, доктор философии, является вице-президентом и исполнительным директором Global Semiconductor Alliance в Северной Америке.

Какой ток у IGBT; это просто электричество!

25 сентября 2020

Силовые модули (инверторы) IGBT необходимы для преобразования электроэнергии из одной формы в другую, чтобы электричество можно было удобно и безопасно использовать во многих вещах, которые мы используем в повседневной жизни; в том числе: кондиционеры, холодильники, электромобили и прочее.

Узнайте больше о IBGT, в том числе о том, как они работают и что нужно для их производства, ниже.

---

Что такое IGBT?

IGBT — это короткая форма биполярного транзистора

с изолированным затвором . Это трехконтактный силовой полупроводниковый прибор, который в основном используется в качестве электронного переключателя. Эти устройства, интегрированные как часть силового модуля IGBT, идеально подходят для современных электронных устройств из-за их способности быстро включать / выключать поток энергии.

Силовой модуль IGBT представляет собой сборку и физическую упаковку нескольких силовых полупроводниковых кристаллов IGBT в одном корпусе.

БТИЗ используются в электромобилях, поездах с частотно-регулируемыми приводами (ЧРП), холодильниках с регулируемой скоростью, балластах для ламп, кондиционерах, военном оборудовании и практически любых электронных устройствах, требующих высокоскоростного переключения тока.

---

Что делает модуль IGBT?

Силовой модуль IGBT функционирует как электронное переключающее устройство, позволяющее току переключаться с постоянного на переменный.Посредством переменного переключения постоянный ток (DC) может быть преобразован в переменный ток (AC) и наоборот.

Представьте, что у вас батарея постоянного тока, и кто-то хлопает вас по плечу и просит вместо этого произвести переменный ток. Как бы ты это сделал? Если весь производимый вами ток течет в одном направлении, как насчет добавления простого переключателя к выходному проводу? Очень быстрое включение и выключение тока даст импульсы постоянного тока. Чтобы обеспечить нормальный переменный ток, вам понадобится переключатель, который позволял бы реверсировать ток и делать это примерно 100 раз в секунду.Визуализируйте себя как человеческую батарею, меняющую контакты взад и вперед более 6000 раз в минуту. Теперь нужно много переключаться. К счастью для нас, силовой модуль IGBT может легко взять на себя эту работу. . . .

Блин … Я немного устал. А ты?

Это преобразование мощности важно для правильной работы приложений. Например, для привода электродвигателя необходим трехфазный переменный ток. С другой стороны, все системы накопления электроэнергии (батареи) нуждаются в постоянном токе.Модули IGBT играют в этом важную роль.

---

БТИЗ и электромобили

В электромобилях силовой модуль IGBT считается «сердцем» электрифицированной трансмиссии.

Подобно сердцу, распределяющему энергию по нашим телам, силовой модуль функционирует как человеческое сердце в электроприводе электрических и гибридно-электрических транспортных средств. В электроприводе силовой модуль распределяет и преобразует постоянный ток от аккумуляторной батареи электромобиля в переменный ток, который используется в электродвигателе, приводящем в движение силовую установку транспортного средства.

Это делает силовой модуль критически важным компонентом для повышения энергоэффективности и увеличения емкости аккумуляторов для электромобилей.

---

Что находится внутри блока силового модуля IGBT?

Изображение ниже представляет собой покомпонентное изображение типичных элементов модуля IGBT, которые могут включать: несколько плат модуля питания, пластиковый корпус, радиатор, слои силикона и / или клея и слой геля (для отвода тепла). . Все это затем помещается внутрь корпуса в сборе, и части сборки соединяются вместе, чтобы создать окончательно собранный блок.

Давайте разберем эти элементы и поговорим о некоторых производственных проблемах.

---

Плата силового модуля

Плата силового модуля, которая обычно представляет собой медную подложку с прямым соединением (подложки DBC обычно используются в силовых модулях из-за их очень хорошей теплопроводности), требует нескольких типов крепления кристаллов и припоев. Процессы могут включать в себя: присоединение кристалла IGBT, присоединение диодного кристалла, SCR (кремниевый выпрямитель) / присоединение тиристорного кристалла, присоединение преформы припоя и размещение конденсатора и резистора.

Пример меди с прямым соединением, показывающий несколько типов штампов

Какие проблемы могут возникнуть при производстве такой платы?

• Работа с хрупкой матрицей и подложкой
• Типы компонентов High-Mix
• Высокая потребность в пропускной способности

Наша платформа FuzionSC ™ предлагает:

• Универсальное решение с высокой производительностью и высокой производительностью
• Возможность подачи из вафли, ленты, лотка
• 10 мкм Высокая точность, возможность установки усилия от 10 г до 5000 г
• 200 мкм x 200 мкм ~ 150 мм x 150 мм Диапазон компонентов
• Вакуумная опора устройства для обработки подложек

См. FuzionSC ниже, демонстрирующий размещение DBC, преформы и штампа.

---

Сборка модуля IGBT

Как мы упоминали выше, платы (обычно 3 входят в 1 блок IGBT) являются только одной частью общего модуля. Все отдельные части необходимо собрать вместе, а затем интегрировать в окончательный корпус. Процессы автоматизации нестандартной формы могут включать: размещение выводной рамки, размещение DBC, размещение выравнивателя, присоединение радиатора и сборку гелевого слоя.

Какие могут быть проблемы?

• Крупные / тяжелые детали нестандартной формы
• Пакеты High-mix (лоток, вафля, гель)
• Высокая потребность в пропускной способности

FuzionSC и / или FuzionOF ™ могут решить эти проблемы с помощью:

• Гибкая обработка материалов
• Разнообразные и высокопроизводительные решения для кормления
• Диапазон компонентов до 150 x 150 мм
• 10 г ~ 5000 г возможность размещения усилия

См. Видео FuzionOF ниже, демонстрирующее широкий спектр процессов автоматизации OF.

---

Окончательная сборка корпуса

Для завершения окончательной сборки блока IGBT потребуется дозирование силикона и геля, размещение модуля IGBT в окончательном корпусе и соединение верхней и нижней части вместе с помощью вставки и поворота винтов.

Какие могут быть проблемы?

• Крупные / тяжелые детали
• Требования к нескольким процессам
• Высокая потребность в пропускной способности
• Требования к дозировке

Характеристики нашей платформы Ulflex:

• Гибкая система обработки больших и тяжелых деталей
• Выдача клея, геля и др.
• Винтовой привод
• Возможность нескольких процессов
• Простая перенастройка

См. Видео Uflex ™ ниже, демонстрирующее дозирование и завинчивание:

---

Неважно, какие проблемы при сборке БТИЗ включают: несколько типов компонентов, несколько типов упаковки компонентов, ограничения производственных площадей или высокие объемы спроса, у нас есть ЭТО решение для вас.

Свяжитесь с нами и дайте нам знать, как мы можем помочь с вашими производственными потребностями IGBT!

---

Подробнее

1. Предыдущая: Есть странные детали? Мы вас накрыли!
2. Сзади: Все сообщения
3. Далее: Веб-семинар Advanced Process Lab

Биполярный транзистор с изолированным затвором | IGBT

IGBT — относительно новое устройство в силовой электронике, и до появления IGBT, силовые полевые МОП-транзисторы и силовые биполярные транзисторы были широко распространены в приложениях силовой электроники.Оба эти устройства обладали некоторыми достоинствами и одновременно недостатками. С одной стороны, у нас были плохие характеристики переключения, низкий входной импеданс, вторичный пробой и управляемый током Power BJT, а с другой — отличные характеристики проводимости. Точно так же у нас были отличные характеристики переключения, высокий входной импеданс, PMOSFET, управляемые напряжением, которые также имели плохие характеристики проводимости и проблемные паразитные диоды при более высоких номиналах. Хотя униполярный характер PMOSFET приводит к малому времени переключения, он также приводит к высокому сопротивлению в открытом состоянии при увеличении номинального напряжения.

Таким образом, возникла потребность в таком устройстве, которое обладало бы достоинствами как PMOSFET, так и Power BJT, и это было тогда, когда IGBT был представлен примерно в начале 1980-х годов и стал очень популярным среди инженеров силовой электроники из-за своих превосходных характеристик. IGBT имеет PMOSFET, как входные характеристики, и Power BJT, как выходные характеристики, и, следовательно, его символ также является объединением символов двух родительских устройств. Три терминала IGBT — это затвор, коллектор и эмиттер. На рисунке ниже показан символ IGBT.
БТИЗ
известен также под различными другими названиями, такими как Металлооксидный транзистор с изолированным затвором (MOSIGT), полевой транзистор с модуляцией усиления (GEMFET), полевой транзистор с кондуктивной модуляцией (COMFET), транзистор с изолированным затвором (IGT).

Структура IGBT

Структура IGBT очень похожа на структуру PMOSFET, за исключением одного слоя, известного как инжекционный слой, который имеет p ⁺ , в отличие от подложки n ⁺ в PMOSFET. Этот слой инжекции является ключом к превосходным характеристикам IGBT.Остальные слои называются дрейфом и областью тела. Два соединения обозначены J ₁ и J ₂ . На рисунке ниже показана структура n-канального IGBT.

При внимательном рассмотрении структуры мы обнаружим, что существует n-канальный полевой МОП-транзистор и два BJT-транзистора — Q ₁ и Q ₂ , как показано на рисунке. Q ₁ — это p ⁺ n ^— p BJT, а Q ₂ — n ^— pn ⁺ BJT. R _d — это сопротивление, обеспечиваемое областью сноса, а R _b — сопротивление, обеспечиваемое p-областью тела.Мы можем заметить, что коллектор Q ₁ такой же, как база Q ₂ , а коллектор Q ₂ такой же, как база Q ₁ . Следовательно, мы можем прийти к модели эквивалентной схемы IGBT, как показано на рисунке ниже.

Два транзистора, соединенные задними сторонами друг к другу, образуют паразитный тиристор, как показано на рисунке выше.

N-канальный IGBT включается, когда коллектор находится под положительным потенциалом относительно эмиттера и затвора, а также при достаточном положительном потенциале (> V _GET ) относительно излучаемого. Это условие приводит к образованию инверсионного слоя непосредственно под затвором, что приводит к образованию канала, и ток начинает течь от коллектора к эмиттеру.

Коллекторный ток I _c в IGBT состоит из двух компонентов — I _e и I _h . I _e — это ток из-за инжектированных электронов, протекающих от коллектора к эмиттеру через инжекционный слой, дрейфовый слой и, наконец, сформированный канал. I _h — это ток дырки, протекающий от коллектора к эмиттеру через Q ₁ и сопротивление тела R _b .Следовательно,

. Хотя I _h почти несущественно и, следовательно, I _c ≈ I _e .
В IGBT наблюдается своеобразное явление, известное как фиксация IGBT. Это происходит, когда ток коллектора превышает определенное пороговое значение (I _CE ). При этом паразитный тиристор защелкивается, и вывод затвора теряет контроль над током коллектора, и IGBT не отключается, даже когда потенциал затвора снижается ниже V _GET . Теперь для отключения IGBT нам понадобится типовая схема коммутации, как и в случае принудительной коммутации тиристоров.Если устройство не выключить как можно скорее, оно может быть повреждено.

Характеристики IGBT

Статические ВАХ IGBT

На рисунке ниже показаны статические ВАХ n-канального БТИЗ вместе с принципиальной схемой с отмеченными параметрами.

График аналогичен графику BJT, за исключением того, что параметр, который сохраняется постоянным для графика, — это V _GE , поскольку IGBT — это устройство, управляемое напряжением, в отличие от BJT, которое является устройством, управляемым током.Когда устройство находится в режиме ВЫКЛ (V _CE положительный, а V _GE GET ) обратное напряжение блокируется J ₂ , а когда оно смещено в обратном направлении, то есть V _CE отрицательно, J ₁ блокирует напряжение.

Передаточные характеристики IGBT

На рисунке ниже показана передаточная характеристика IGBT, которая в точности совпадает с PMOSFET. IGBT находится во включенном состоянии только после того, как V _GE превышает пороговое значение V _GET .

Характеристики переключения IGBT

На рисунке ниже показана типичная характеристика переключения IGBT .

Время включения t _на , как обычно, состоит из двух составляющих: времени задержки (t _dn ) и времени нарастания (t _r ). Время задержки определяется как время, в течение которого ток коллектора возрастает с тока утечки I _CE до 0,1 I _C (конечный ток коллектора), а напряжение коллектора-эмиттера падает с V _CE до 0.9В _CE . Время нарастания определяется как время, в течение которого ток коллектора повышается с 0,1 I _C до I _C , а напряжение коллектора-эмиттера падает с 0,9 В _CE до 0,1 В _CE .

Время выключения t _off состоит из трех компонентов: времени задержки (t _df ), начального времени спада (t _f1 ) и конечного времени спада (t _f2 ). Время задержки определяется как время, когда ток коллектора падает с I _C до 0,9 I _C и V _CE начинает расти.Время начального спада — это время, в течение которого ток коллектора падает с 0,9 I _C до 0,2 I _C , а напряжение коллектора-эмиттера повышается до 0,1 В _CE . Окончательное время спада определяется как время, в течение которого ток коллектора падает с 0,2 I _C до 0,1 I _C и 0,1 В _CE повышается до конечного значения V _CE .

Преимущества и недостатки IGBT

Преимущества: —
Преимущества IGBT показаны ниже

• Более низкие требования к приводу затвора
• Низкие коммутационные потери
• Требования к малой демпфирующей схеме
• Высокое входное сопротивление
• Устройство, управляемое напряжением
• Температурный коэффициент сопротивления включенного состояния положительный и меньше, чем у PMOSFET, следовательно, меньше падение напряжения во включенном состоянии и потери мощности.
• Повышенная проводимость за счет биполярности
• Лучшая безопасная рабочая зона

Недостатки: —
Недостатки IGBT проявляются ниже

• Стоимость
• Проблема фиксации
• Большое время выключения по сравнению с PMOSFET

Биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT)

IGBT (биполярный транзистор с изолированным затвором) обеспечивает высокую скорость переключения, необходимую для работы ЧРП с ШИМ. БТИЗ могут включаться и выключаться несколько тысяч раз в секунду.VFD IGBT может включиться менее чем за 400 наносекунд и выключиться примерно за 500 наносекунд. VFD IGBT состоит из затвора, коллектора и эмиттера. Когда на затвор подается положительное напряжение (обычно +15 В постоянного тока), IGBT включается. Это похоже на замыкание переключателя. Ток будет течь между коллектором и эмиттером. VFD IGBT отключается путем снятия положительного напряжения с затвора. В выключенном состоянии напряжение затвора IGBT обычно поддерживается на небольшом отрицательном уровне (-15 В постоянного тока), чтобы предотвратить включение устройства.

Все современные частотно-регулируемые приводы используют силовые устройства, известные как биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT). Эти устройства позволяют минимизировать раздражающий слышимый шум за счет использования частот переключения за пределами слышимого диапазона. К сожалению, VFD, использующие IGBT, представляют высокий потенциал для генерации RFI — радиочастотных помех. Быстрое переключение в этих устройствах генерирует сигналы с острыми краями с высокочастотными компонентами, которые создают больше радиопомех. Наиболее вероятная жалоба — это помехи радиоприемникам AM диапазона 500-1600 кГц.Тем не менее, чувствительные компьютеры, медицинское оборудование и другие чувствительные к шуму устройства, использующие одну и ту же шину питания, могут испытывать серьезные помехи.

В крайних случаях сам частотно-регулируемый привод может испытывать электрические помехи (как уменьшить шум?). Если оборудование машинного помещения лифта не размещено и не подключено должным образом, электрический шум, распространяемый системой ЧРП лифта, может мешать работе контроллера лифта.

Примером может служить здание без надежной системы заземления, где система частотно-регулируемого привода столкнулась с множеством проблем.Для устранения многих проблем с электрическими помехами было предусмотрено твердое заземление, однако на сам частотно-регулируемый привод воздействовали неопределенные источники шума.

Была исследована прокладка полевой проводки подрядчика к контроллеру, и несколько недостатков были обнаружены и исправлены. Впоследствии было установлено, что понижающий силовой / развязывающий трансформатор, необходимый для этого конкретного приложения, физически расположен слишком близко к передней части контроллера. При открытой дверце контроллера трансформатор создавал помехи, которые влияли на управляющие микрокомпьютеры.Решением было размещение экрана между трансформатором и контроллером, хотя другие методы также могли сработать.

Что означает IGBT? Бесплатный словарь

В 2015 году Fuji Electric выпустила модули IGBT 7-го поколения серии X, выдерживающие напряжения 650 и 1200 В, способствующие энергосбережению и стабильному электроснабжению широкого спектра оборудования и объектов, включая инверторы для управления кондиционерами. и двигатели, ИБП и ПК.Согласно отчету Института исследований топологии, согласно отчету Института исследований топологии, ожидается, что рост электромобилей приведет к увеличению выходной стоимости биполярных транзисторов с изолированным затвором (IGBT) до 5,2 миллиарда долларов США в 2021 году. AFGHL50T65SQDC использует новейшие полевые IGBT и SiC диоды Шоттки. предлагают низкие потери на проводимость и коммутацию в различных энергетических приложениях, включая те, которые выиграют от снижения потерь при обратном восстановлении, таких как безмостовая коррекция коэффициента мощности (PFC) на основе тотемных полюсов и инверторы. Есть много вариантов IGBT, которые могут помочь в достижении этих требований, и вот один из них: Этап свободного хода (этап D): с начала этого интервала главный выключатель [S.sub.2] находится в выключенном состоянии, а вспомогательный IGBT [S.sub.b] все еще проводит. Предварительные переключатели перед выходными каскадами должны быть достаточно мощными, чтобы быстро заполнить затвор транзисторов IGBT выходного каскада CPS. К сожалению, во время его работы могут возникнуть различные сбои. влияют на инвертор, особенно с точки зрения его так называемых силовых компонентов (в нашем случае IGBT) из-за их хрупкости.В последние годы требуется повышение производительности процесса имплантации ионов с низким ускорением и высокой концентрацией для продуктов (RC-IGBT) * 1, в которых IGBT и диод интегрированы в один кристалл, чтобы снизить потери мощности привода и увеличить время переключения. скорость, улучшить характеристики и уменьшить размер модуля. До того, как [V.sub.ge] достигнет напряжения плато Миллера, напряжение коллектор-эмиттер IGBT [V.sub.ce] и ток коллектора [i.sub.c] не сильно изменились .Потери переключения Si IGBT определяются выражением (13), где [E.sub.I, on] и [E.sub.I, off] — это энергии, потерянные, соответственно, при его включении и выключении, а [f.sub.s] — это частота переключения. Для того, чтобы работать В качестве привода с регулируемой скоростью ЭБУ регулирует рабочий цикл IGBT для изменения постоянного тока в цепи, чтобы дополнительно контролировать электромагнитный крутящий момент и выходную скорость WTPMC. * Драйвер затвора на 4 А в сочетании с обнаружением десатурации для контроля IGBT для сверхтока

В чем разница между IGBT и высоковольтными полевыми МОП-транзисторами?

После развития бок о бок в течение последних трех десятилетий, биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT) и MOSFET теперь доминируют на рынке силовых полупроводников в таких приложениях, как приводы двигателей, источники бесперебойного питания (ИБП) и солнечные инверторы. Итак, где IGBT лучше всего подходят, а когда лучше использовать MOSFET?

Основные структуры и принципы

IGBT — это полупроводниковое устройство, которое сочетает в себе выходные характеристики биполярного транзистора и характеристики управления затвором полевого МОП-транзистора. Таким образом, IGBT — это устройство с неосновной несущей с высоким входным сопротивлением и высокой пропускной способностью. По сравнению с полевыми МОП-транзисторами, IGBT также лучше подходят для масштабирования возможностей обработки тока при более высоких уровнях напряжения из-за их биполярных выходных характеристик.

Чтобы включить типичный планарный N-канальный полевой МОП-транзистор высокого напряжения, положительное напряжение должно быть приложено к затвору относительно источника (см. Рисунок) . Если напряжение затвор-исток равно или превышает пороговое напряжение полевого МОП-транзистора, под затвором накапливается достаточно электронов, чтобы создать инверсионный слой, формирующий проводящий канал в области тела P +. Это обеспечивает протекание тока от стока к источнику (обычный поток; электронный поток от истока к стоку).

Обычный планарный MOSFET (a) и обычный IGBT (b) сильно отличаются.N-канальный IGBT — это, по сути, N-канальный силовой полевой МОП-транзистор, расположенный поверх подложки типа p +. Сквозные IGBT имеют дополнительный буферный слой n +.

Чтобы выключить его, напряжение затвор-исток уменьшается ниже порогового значения. (Практически Vge снижается до 0 В.) В результате слой инверсии больше не остается, и прямой ток стока блокируется. В выключенном состоянии p-n-переход тело-сток с обратным смещением поддерживает напряжение сток-исток.

В N-канальных полевых МОП-транзисторах во время прямой проводимости текут только электроны, и неосновные носители отсутствуют.Таким образом, скорость переключения ограничивается только скоростью подачи или снятия заряда с паразитных емкостей полевого МОП-транзистора. Это ключевой момент, на который следует обратить внимание, и основная причина того, почему силовые полевые МОП-транзисторы используются, когда для конечного приложения важны высокие скорости переключения.

Одной из ключевых характеристик полевого МОП-транзистора является его сопротивление R _{DS (on)} . Как правило, у обычного силового полевого МОП-транзистора R _{DS (on)} резко возрастает номинальное напряжение пробоя из-за увеличения толщины дрейфовой области, необходимой для поддержания высокого рабочего напряжения.С появлением полевых МОП-транзисторов с суперпереходом это уменьшило R _{DS (on)} для того же напряжения пробоя (сделало связь между R _{DS (on)} и номинальным напряжением пробоя относительно линейной, а не квадратичной). Таким образом, полевые МОП-транзисторы с суперпереходом все чаще используются в приложениях, где требуется низкий R _{DS (on)} , высокое напряжение блокировки и высокая скорость переключения для достижения высокой эффективности и плотности мощности, например, внутрисерверные источники питания.

Работа IGBT очень похожа на силовой MOSFET с точки зрения создания инверсионного слоя посредством приложения достаточного напряжения затвор-эмиттер.Этот поток электронов вытягивает положительные заряды (дырки) из подложки p-типа в область дрейфа. Это значительное увеличение проводимости дрейфового слоя позволяет резко снизить напряжение в открытом состоянии IGBT.

Этот механизм модуляции проводимости позволяет IGBT достигать более высокой плотности тока и производительности по сравнению с аналогичным номинальным напряжением MOSFET. Во время выключения поток электронов останавливается (как в силовом MOSFET), но дырки остаются в области дрейфа.Эти заряды должны быть удалены в процессе рекомбинации. Таким образом, IGBT обычно демонстрируют хвостовой ток во время выключения, пока все отверстия не будут выметаны или повторно объединены. Сегодня современные IGBT проектируются с минимальным эффектом остаточного тока.

Основным преимуществом IGBT перед силовым MOSFET является гораздо меньшее падение напряжения в открытом состоянии из-за модуляции проводимости. Эта особенность приводит к меньшему размеру кристалла по сравнению с MOSFET при тех же номинальных токах и напряжении. Баланс между коммутационными потерями и потерями проводимости точно настраивается, поэтому грань между IGBT и MOSFET стирается во многих приложениях.Это подводит нас к вопросу о том, как эти устройства сравниваются в данном приложении.

Перспектива приложения

Учитывая широкую доступность как IGBT, так и высоковольтных силовых MOSFET с номинальным напряжением пробоя от 500 до 800 V, разработчики часто сталкиваются с проблемой выбора IGBT или MOSFET для данного приложения и набора условий эксплуатации.

В случае трехфазных приводов с регулируемой скоростью вращения в диапазоне номинальной мощности от 300 Вт до 5 кВт, использующих напряжение на шине постоянного тока в диапазоне от 300 до 400 В и обычно реализуемых с помощью топологии инвертора с шестью переключателями. IGBT с номинальным напряжением от 600 до 650 В (вместе с антипараллельным быстрым восстанавливающимся диодом) традиционно были предпочтительными устройствами с точки зрения общей производительности.Но с наличием сегодня высокой скорости переключения, низкого R _{DS (on)} и относительно быстрого восстанавливающегося основного диода на полевых МОП-транзисторах с номинальной мощностью от 500 до 650 В, возникает вопрос, не пора ли IGBT уступить место. к полевому МОП-транзистору.

Сосредоточившись только на соображениях производительности и с целью выбора устройства, которое обеспечивает относительно низкие потери в условиях примера приложения, мы можем сравнить примеры IGBT и высоковольтные полевые МОП-транзисторы (Таблица 1) .

Для этой цели в Excel реализованы упрощенные уравнения потерь, предполагающие жестко коммутируемую полумостовую топологию. Упрощенные уравнения потерь, устройства, выбранные для сравнения, и сделанные предположения, а также фактический файл калькулятора Excel доступны по адресу http://am.renesas.com/products/discrete/igbt/Application_Notes.jsp.

Для этого анализа выбраны два типичных устройства TO247 / TO3P в упаковке и близко согласованных (с точки зрения основных электрических характеристик) IGBT + FRD и MOSFET.Таблица 2 показывает снимок калькулятора и результаты анализа.

Анализ результатов

Судя по результатам экспериментов, IGBT имеет преимущество перед MOSFET на более высоких частотах переключения. Но при более низких частотах переключения полевой МОП-транзистор имеет более низкие общие потери и более низкую рабочую температуру перехода. (Выбранные IGBT и MOSFET имеют примерно одинаковые размеры кристалла и тепловое сопротивление.)

Это в некотором смысле противоречит общепринятому мнению, согласно которому полевые МОП-транзисторы лучше работают на более высоких частотах переключения.Однако эти результаты свидетельствуют об обратном и могут быть объяснены в первую очередь из-за значительно более низкой составляющей потерь при восстановлении диода в IGBT + FRD (диод с быстрым восстановлением) и значительного улучшения в минимизации поведения хвостового тока IGBT.

Более низкие потери переключения IGBT + FRD из-за значительно более низкой составляющей потерь при восстановлении диода дают ему преимущество перед MOSFET на частоте 20 кГц (относительно высокая частота переключения для этого приложения).

Кроме того, потери переключения полевого МОП-транзистора могут быть значительно уменьшены за счет использования драйвера затвора с более высокой способностью к источнику и потреблению тока (скажем, драйвер с номинальным током источника / стока 2 А).В результате общие потери MOSFET уменьшатся и позволят MOSFET сократить разрыв между ним и IGBT. Однако результирующее более высокое значение dv / dt может вызвать нежелательные эффекты, такие как высокочастотный звон и более высокий уровень излучаемых электромагнитных помех.

Интересно, что на более низких частотах переключения, где преобладают потери проводимости, MOSFET выигрывает из-за отсутствия «перегиба» в его прямых характеристиках в сочетании с относительно низким R _{DS (on)} .

В то время как IGBT по-прежнему является лучшим устройством для выбора в этом примере применения, доступность полевых МОП-транзисторов R _{DS (on)} со значительно более низкими характеристиками наряду с улучшенными характеристиками восстановления диодов и сильным драйвером затвора может привести к смещению баланса в сторону MOSFET.В этом случае все сводится к соотношению цена / производительность («долл. США / Ампер») с IGBT, вероятно, имеющим преимущество из-за гораздо более высокой плотности тока (для данного размера кристалла).

БТИЗ и МОП-транзисторы аналогичного номинала часто доступны для конкретного применения. Полезно четко понимать преимущества и ограничения обоих устройств и выбирать то, которое лучше всего соответствует требованиям с точки зрения общей производительности и стоимости. Хотя это непростая задача, более глубокое знакомство с этими силовыми устройствами окажется полезным при принятии этих сложных решений.

Артикул

«Силовые полупроводниковые приборы, теория и приложения», В. Бенда, Дж. Говар, Д. А. Грант, John Wiley & Sons Ltd, авторское право 1999 г.

Сатьяврат Лауд , старший менеджер по маркетингу продукции в Renesas Electronics America, отвечает за маркетинг продукции IGBT в Северной и Южной Америке. Он имеет более чем 15-летний опыт работы с силовыми цепями, системными двигателями и устройствами, связанными с приложениями, дизайном и маркетингом.Он получил степень бакалавра в Университете Мумбаи, Индия, и степень магистра в области электротехники в Университете Хьюстона, штат Техас.

Питер Х. Уилсон , старший менеджер по маркетингу продукции в Renesas Electronics America, более 20 лет проработал в полупроводниковой промышленности, имеет 10 патентов и множество опубликованных статей. Он получил степень бакалавра прикладной физики в Университете Конкордия, Монреаль, Канада, и степень магистра инженерной физики в Университете Макмастера, Гамильтон, Канада.

Силовые IGBT для инверторов | Renesas

Серия биполярных транзисторов Renesas с изолированным затвором (IGBT) для инверторов идеально подходит для универсальных источников питания (ИБП), управления двигателями, производства солнечной энергии и сварки.

БТИЗ от 600 В до 650 В

Поколение	серии	Характеристики
G8H	RBNxxH65T1 серии	650V IGBT для инвертора, быстрое переключение и низкий VCE (насыщенный), защита от коротких замыканий не гарантируется, частота: от 10 кГц до 100 кГц
G7H	65Sx серии	650V IGBT для инвертора, низкий VCE (насыщенный), tsc ≥10 мкс, частота: от 1 кГц до 5 кГц
G7H	65M0x Серия	650V IGBT для инвертора, низкий VCE (насыщенный), tsc ≥5 мкс, частота: от 5 кГц до 15 кГц
G7H	65Dxx серии	650V IGBT для инвертора, низкий VCE (насыщенный), tsc ≥3 мкс, частота: от 10 кГц до 20 кГц
G7H	65T4x Серия	IGBT 650 В для коррекции коэффициента мощности (PFC), быстрое переключение, защита от коротких замыканий не гарантируется, частота: от 10 кГц до 100 кГц
G6H	60Mx Серия	Эта серия не поддерживается для новых разработок.Вместо этого используйте продукты серии 65M0x. 600V IGBT low VCE (sat), tsc ≥5 мкс, частота: от 5 кГц до 15 кГц
G6H	60Dx серии	Эта серия не поддерживается для новых разработок. Вместо этого используйте продукты серии 65Dxx. 600V IGBT low VCE (sat), tsc ≥3 мкс, частота: от 10 кГц до 20 кГц
G6H	60Vx серии	Эта серия не поддерживается для новых разработок.Вместо этого используйте продукты серии 65Dxx. 600V IGBT low VCE (sat), tsc ≥3 мкс, частота: от 10 кГц до 20 кГц
G6H	60Fx серии	Эта серия не поддерживается для новых разработок. Вместо этого используйте продукты серии 65T4x. 600V IGBT low VCE (sat), защита от коротких замыканий не гарантируется, частота: от 10 кГц до 35 кГц

IGBT от 1200 В до 1250 В

Поколение	серии	Характеристики
G8H	RBNxxh225S1 Серия	IGBT 1250 В для инвертора, быстрое переключение и низкий VCE (sat), tsc ≥10 мкс, частота: от 10 кГц до 50 кГц
G7H	1CSxx серии	IGBT 1250 В для инвертора, низкий VCE (насыщенный), tsc ≥10 мкс, частота: от 1 кГц до 5 кГц
G6H	1CMx серии	Эта серия не поддерживается для новых разработок.Вместо этого используйте продукты серии 1CSxx. 1200V IGBT low VCE (sat), tsc ≥5 мкс, частота: от 5 кГц до 15 кГц
G6H	1CVx серии	Эта серия не поддерживается для новых разработок. Вместо этого используйте продукты серии RBNxxh225S1. 1200V IGBT low VCE (sat), tsc ≥3 мкс, частота: от 10 кГц до 20 кГц

БТИЗ со сверхнизкими потерями и высокой надежностью для инверторных приложений

G8H IGBT для инвертора онлайн-ИБП

Сравнение с конкурентами — производительность приложений

.