IGBT-ДРАЙВЕРА И MOSFET-ТРАНЗИСТОРЫ

В статье дается краткий обзор наиболее интересных новых моделей MOSFET, IGBT и других наиболее интересных устройств
IGBT И IGBT-ДРАЙВЕРЫ
Британская компания Amantys, которая представила на прошлогодней выставке PCIM технологию Power Insight собственной разработки, на нынешнем мероприятии заняла большой стенд. На нем демонстрировались возможности программной платформы Power Insight для мониторинга и управления устройствами на IGBT-транзисторах среднего и высокого напряжения с помощью данных, поступающих с тяговых преобразователей железнодорожного транспорта. Это программное обеспечение использует ШИМ-сигналы и сигналы о неисправности для управления IGBT- транзисторами, позволяя контролировать состояние устройств в реальном времени и отправлять полученные сведения в систему управления поездным составом. Например, на основе этих данных принимаются своевременные решения о необходимости проведения технического обслуживания. Компания. Amantys сотрудничает со многими производителями полупроводников, которые внедряют технологию Power Insight в IGBT-модули. Компания CT-Concept организовала предварительный показ двухканального IGBT-драйвера с диапазоном рабочих напряжений до 4,5 кВ. Сигнал управления в новом устройстве 2SC0635T изолирован от силовой цепи с помощью трансформатора, что позволяет сэкономить на стоимости по сравнению со схожими решениями, в которых с той же целью используется оптоволокно. На выставке PCIM были также представлены два новых семейства IGBT: одно для бытовых электроприборов (например, для рисоварок и микроволновых печей), а другое — для инверторов солнечных батарей и источников бесперебойного питания (ИБП). Позволяя повысить энергоэффективность систем, новые IGBT-транзисторы Field Stop II от ON Semiconductor улучшают коммутацию, сокращая потери на 30% (макс.) по сравнению с изделиями предыдущего поколения. Температура корпуса у новых устройств снизилась на 20%. У серийных транзисторов NGTBxxN120IHRWG и NGTBxxN135IHRW также стали меньше потери на проводимость в системах индукционного нагрева и в приложениях с мягкой коммутацией ключей, работающих на частоте 15–30 кГц. У транзисторов NGTBxxN120FL2WG и NGTBxxN135FL2WG, применяющихся в промышленном оборудовании, диапазон рабочих температур перехода составляет –55…175°C, а номинальный ток увеличился до 100 А при использовании корпусов TO-247.

MOSFET-ТРАНЗИСТОРЫ
Компания Rohm представила на выставке новое гибридное устройство MOSFET-IGBT, в котором сочетаются лучшие характеристики обоих транзисторов. Представители этой компании лишь в общих чертах рассказали о том, как реализованы новые изделия, но показали на диаграммах сравнительные функции (см. рис. 1). Инженерам Rohm удалось совместить в одном устройстве высокую частоту коммутации, присущую MOSFET с суперпереходом, с возможностью работы при больших напряжениях и температурах, что свойственно IGBT. Компания Toshiba интегрировала быстродействующие диоды в корпуса MOSFET с суперпереходом. Быстродействующие (импульсные) диоды, предназначенные для защиты MOSFET- ключей в импульсных источниках вторичного питания, отныне работают на более высоких частотах коммутации (см. рис. 2): в трех новых устройствах время обратного восстановления этих устройств составляет 100 нс (модель TK16A60W5), 135 нс (TK31J60W5) и 150 нс (TK39J60W5). Кроме того, уменьшение на 30% произведения сопротивления в открытом состоянии на площадь (RDS(ON)∙S) достигнуто за счет новейшего процесса DTMOS IV от Toshiba. Благодаря ему появилась возможность устанавливать диоды в те же корпуса TO-220SIS/TO-3P(N). В технологии DTMOS IV используется только один эпитаксиальный процесс для создания структуры суперперехода. Новая структура обеспечивает более высокую рабочую температуру MOSFET. На выставке PCIM также были представлены три MOSFET-транзистора (AP11S60-HF-3, AP14S50-HF-3 и AP20S60- HF-3) от тайваньского производителя Advanced Power Electronics Corp (APEC). У этих устройств сопротивление RDS(ON) составляет всего 0,19 Ом, малый заряд затвора, невысокая проводимость и низки потери на переключение. У них также высокое запирающее напряжение для защиты от перенапряжения систем, критичных к энергопотреблению. Эти транзисторы можно использовать в корректорах коэффициента мощности (ККМ) и ШИМ- каскадах. На стенде компании International Rectifier демонстрировалось новое семейство MOSFET под названием COOLiRFET для автомобильных приложений (электрический усилитель руля (EPS), тормозные системы и системы двигателей внутреннего сгорания, микрогибридные платформы автомобиля). Новая серия состоит из 22-х 40-В N-канальных MOSFET, выполненных по trench-технологии Gen12.7. Эти устройства соответствуют стандарту AEC-Q101, который требует, чтобы сопротивление RDS(ON) изменялось не более чем на 20% после 1000 температурных циклов испытаний. Эталонный тест транзисторов AUIRFS8409-7P в корпусах D2Pak-7P показал, что величина RDS(ON) составляет 0,75 мОм при напряжении затвор-исток 10 В и номинальном токе до 240 А.
Рисунок 1
Рисунок 2
Рисунок 3
Гибридные МОП от компании Rohm, в которых используется технология суперперехода MOSFET- транзисторов наряду с IGBT-структурами, сочетают лучшие характеристики обоих типов устройств
Время обратного восстановления MOSFET-транзисторов с суперперехо- дом от Toshiba со встроенными быстродействующими диодами сокращено до 100 нс
Микроконтроллеры PIC16F753 от Microchip оснащены интеллекту- альными аналоговыми функциями, что позволяет успешно применять эти устройства в источниках питания и схемах по управлению электропитанием
СИЛОВЫЕ МОДУЛИ
Компания Vicor, поставщик силовых ИС, представила новые модели семейства Picor Cool-Power, которые предназначены для приложений на 24 и 28 В, а также тех систем, которые критичны к рабочей температуре. Эти DC/DC-преобразователи построены на топологии ZVS (zero voltage switching — отключение при нуле напряжения), которая обеспечивает более высокую частоту коммутации (900 кГц для данного семейства) при более высоких входных напряжениях и не меньшей эффективности. Плотность мощности устройств серии PI31xx достигает 334 Вт/куб. дюйм, а электрическая прочность изоляции между входными и выходными выводами — 2250 В в корпусе, размеры которого меньше габаритов стандартного изолированного модуля 1/16 brick. Компания Vicor рекомендует использовать эти модули совместно с фильтрами электромагнитных помех QuietPower, размеры которых как минимум на 25% меньше размеров конкурирующих решений, что повышает плотность монтажа. Компания Infineon также представила три силовых модуля EconoDUAL, соответствующих автомобильному стандарту качества, которые предназначены для грузовых автомобилей, строительных машин и сельскохозяйственного транспорта, от которых требуется повышенная надежность эксплуатации. Стойкость этих модулей к термоциклированию и тепловым ударам более чем в три и десять раз, соответственно, превышает требования промышленного стандарта. Эти устройств характеризуются самыми высокими показателями плотности энергии при занимаемой ими площади — до 6000 А/1200 В. Монтаж медных проводных соединений способствует уменьшению внутреннего сопротивления выводов, а применение нового диода с мягким восстановлением способствует снижению электромагнитных помех. Компания Mitsubishi, со своей стороны, предложила серию силовых модулей J1 для управления инверторами в гибридных автомобилях и электромобилях. В настоящее время эта серия состоит из устройств CT600CJ1A060 (650 В/600 A) и CT400CJ1A090 (900 В/400 A). Шесть IGBT-кристаллов со структурой CSTBT (carrier stored trench-gate bipolar transistor) установлены в один корпус, что экономит занимаемую площадь и снижает напряжение насыщения коллекторэмиттер до 1,4/1,7 В. Этот корпус допускает непосредственное охлаждение с помощью радиатора, что повышает теплоотдачу на 40% по сравнению с прежними изделиями.

ДРУГИЕ НОВИНКИ
Компания GaN Systems представила на выставке устройства на основе GaN-структуры, что доказывает их готовность к использованию в реальных приложениях и то, что этап разработки уже пройден. Устройства на базе GaN-технологии работают при больших температурах, чем кремниевые устройства, а также имеют более высокую диэлектрическую прочность, что делает их пригодными для эксплуатации в силовых приложениях. Эта компания разработала новую топологию GaN-транзисторов Island Technology, которая позволяет уменьшить размеры и стоимость GaN-устройств в четыре раза. Компания Microchip выпустила 8-разрядные микроконтроллеры с интеллектуальной аналоговой и независимой от ядра периферией. Эти устройства, по заверению представителей компании, идеальны для источников питания и схем управления энергопитанием (см. рис. 3). К периферии МК PIC16F753 относятся комплементарный выходной генератор, сигналы которого поступают на входы компараторов и ШИМ-периферии, операционный усилитель, у которого произведение коэффициента усиления на ширину полосы пропускания составляет 3 МГц, и 9-разрядный ЦАП. И, наконец, еще одной интересной новинкой на этом мероприятии стал твердотельные тонкопленочные батареи EnerChip от компании Cymbet. Эти миниатюрные (5×5 мм) источники электроэнергии емкостью 12, 50 и 85 мкА∙ч могут сменить плоские круглые аккумуляторы. Поскольку новинки изготовлены с помощью стандартных кремниевых техпроцессов, эти ИС не содержат токсических веществ. Перезаряжаемые батарейные кристаллы можно легко установить в один корпус с другой микросхемой в качестве резервных батарей. Компания Cymbet заявила на выставке, что эти батареи безопасны для использования в имплантируемых медицинских устройствах.