Рубрики
Технологии силовой электроники

Управляйте электродвигателями при помощи XPT IGBT компании IXYS

Управляйте электродвигателями при помощи XPT IGBT компании IXYS Иван Полянский Компания IXYS представляет XPT IGBT, новейшее поколение транзисторов с защитой в режиме недлинного замыкания

Управляйте электродвигателями при помощи XPT IGBT компании IXYS Иван Полянский

Компания IXYS представляет XPT IGBT, новейшее поколение транзисторов с защитой в режиме недлинного замыкания, с возможностью параллельного соединения и высочайшей эффективностью. Новые заслуги в разработке топологии кристалла и новые технологические процессы позволили сделать IGBT с усовершенствованными чертами. Композиция XPT IGBT с современными Sonic-диодами компании IXYS позволяет получить резвую и мягенькую характеристику переключения. XPT IGBT оптимизированы для внедрения в управлении электродвигателями, источниках бесперебойного питания и инверторах разных видов. 1-ые продукты выпущены в спектре токов от 10 до 50 А на напряжение 1200 В. Эти IGBT будут также применяться в силовых модулях различной конфигурации для приложений с большой мощностью.

Разработка XPT «тонкая» разработка

Движение от PT (Punch through) технологии к XPT (extreme light punch through) в разработках компании IXYS совпало с общеотраслевым трендом производителей IGBT по уменьшению толщины кристалла за счет внедрения пластинок, вырезанных из кристаллов, очищенных зонной плавкой. Заслуги в производстве пластинок шириной до 70 мкм (рис. 1), имеющих высшую упругость за счет малой толщины, позволили понизить термическое сопротивление сразу с прямым падением напряжения IGBT, что позволило прирастить коммутируемый ток. Все это дает возможность уменьшить размер кристалла для такого же номинального тока и сделать лучше свойства корпусированного изделия.

Управляйте электродвигателями при помощи XPT IGBT компании IXYS

Разработка XPT IGBT имеет программируемый коэффициент усиления за счет контролируемой концентрации в области р-эмиттер/п-буфер в области анода транзистора, что позволяет использовать параллельное соединение данных транзисторов ввиду положительного температурного коэффициента прямого падения напряжения. Достоинства от совмещения новейшей топологии кристалла IXYS с «тонкой» технологией пластинки будут тщательно освещены дальше в приведенных свойствах IGBT, в том числе их статические и динамические характеристики, работа в режиме жестких переключений и надежность в процессе испытаний.

Свойства XPT

XPT IGBT были разработаны для обеспечения малых утрат коммутации при низком прямом падении напряжения. Это было достигнуто за счет усовершенствованной области неопасной работы (SOA) и устойчивой свойства в режиме недлинного замыкания. Выходные свойства при различных температурах показаны на рис. 2.

Управляйте электродвигателями при помощи XPT IGBT компании IXYS

XPT IGBT имеют маленькое прямое падение напряжения Vce(sat)

  • около 1,8 В при номинальном токе и 25 °С;
  • 2,1 В на номинальном токе при 125 °С.
  • Положительный температурный коэффициент XPT IGBT обеспечивает отрицательную оборотную связь, позволяющую использовать транзисторы параллельно. В дополнение к низкому Vcs(sat), XPT IGBT имеют малый ток утечки в выключенном состоянии (наименее 74 мкА при 150 °С и 1200 В). Черта выключения 35-амперного транзистора на 1200 В показана на рис. 3.

    Управляйте электродвигателями при помощи XPT IGBT компании IXYS

    Как видно из рис. 3, форма тока имеет «гладкую» форму, уменьшающую электрические помехи и выбросы напряжения. Линейная форма нарастания напряжения и маленький остаточный ток во время запирания позволяют уменьшить утраты (Eoff = 4,5 мДж). XPT IGBT имеют маленький заряд затвора (110 нКл при 15 В) и требуют наименьшей энергии драйвера управления по сопоставлению с Trench IGBT.

    XPT + Sonic — лучшая композиция

    Наилучшее решение задачки по уменьшению утрат на включение достигается при использовании диодов Sonic вместе с XPT IGBT, которые также имеют низкое прямое падение напряжения и прекрасную температурную характеристику.

    Диоды Sonic имеют плавную характеристику восстановления, которая позволяет врубаться XPT IGBT при очень больших di/dt даже на малых токах и низкой температуре, где обычно очень сказываются свойства диодика. Sonic-диоды обеспечивают плавную характеристику выключения по току и избавляют трудности электрических помех.

    Диоды Sonic имеют малый ток оборотного восстановления сразу с низким временем восстановления и, как показано на рис. 4, минимизируют энергию на открытие XPT IGBT (Eon = 3,7 мДж). Прямое падение напряжения Vf диодов Sonic наименее зависимо от температуры, что позволяет лучше использовать их в параллельном включении и минимизировать утраты коммутации.

    Управляйте электродвигателями при помощи XPT IGBT компании IXYS

    Свойства стойкости XPT IGBT

    Поведение IGBT-транзисторов в режиме недлинного замыкания очень принципиально для приложений с управлением электродвигателями, и XPT IGBT IXYS проявили очень отличные свойства во время тестирования на куцее замыкание. Дизайн кристалла оптимизирован для обеспечения малой проходной емкости, потому обеспечивает примерно 4-кратньгй от номинального ток недлинного замыкания, что гарантирует уверенную работу в данном режиме.

    На рис. 5 показана черта транзистора 35 А, 1200 В XPT IGBT во время недлинного замыкания при напряжении на затворе +/-15 В при 125 °С и времени 10 мкс. Свойства XPT IGBT демонстрируют очень высшую устойчивость в режиме недлинного замыкания при высочайшем приложенном напряжении, высочайшей температуре и времени воздействия 10 мкс, без причинения вреда чертам IGBT. XPT IGBT компании IXYS имеют область неопасной работы на отрицательном токе (RBSOA) при 1200 В и высочайшей температуре: до 2-кратного значения номинального тока.

    Управляйте электродвигателями при помощи XPT IGBT компании IXYS

    Силовые модули с кристаллами XPT: расчет утрат

    Утраты IGBT и, как следует, их температура рассчитываются с учетом эффекта нагревания от утрат проводимости и коммутации во время периода напряжения. Приведем данные расчета термического сопротивления Tj в течение нескольких секунд в спектре частот входного напряжения от 2 до 50 Гц. Утраты в IGBT и термическое сопротивление, как будет достигнута их стабилизация, в течение периода напряжения показываются на графике.

    Сопоставление XPT и Trench-технологий в разных спектрах частот приведено на рис. 6. В этом случае на рисунке показана черта при Udc = 700 В, f = 50 Гц, I = 25 А, Ths = 60 C. В этом примере показан модуль 35 А, конфигурации CBI, MIXA35WB1200TED, на примере которого были проведены все расчеты. Рис. 6 наглядно указывает, что на частотах до 4 кГц различие в суммарных потерях 2-ух технологий фактически не приметно, но на частотах выше 4 кГц XPT, благодаря потрясающим динамическим чертам, существенно понижаются утраты и выделение тепла, что делает их в конечном итоге более желательными.

    Управляйте электродвигателями при помощи XPT IGBT компании IXYS

    Сравнительные свойства модулей XPT по прямому падению напряжения и суммарным потерям в корпусе IXYS E2-Pack с модулями на кристаллах Trench и SPT показаны на рис. 7.

    Управляйте электродвигателями при помощи XPT IGBT компании IXYS

    XPT IGBT-модули имеют значительно более низкое прямое падение напряжения, чем стандартные SPT (MWI50-12E7), и поболее низкие утраты коммутации по сопоставлению со стандартными Trench (MWI50-12T7T). Таким макаром, объединение XPT IGBT и диодов Sonic в одном силовом модуле показывает высшую конкурентоспособность данного решения по сопоставлению с другими существующими технологиями.

    Номенклатура изделий с кристаллами XPT

    Доступные в текущее время 1200 В XPT IGBT рассчитаны на ток 10, 15, 35 и 50 А. Эти IGBT доступны в дискретных и модульных изделиях, также в изделиях, разрабатываемых под технические требования заказчиков. Композиция XPT IGBT/Sonic применяется в модулях CBI (Converter-Brake-Inverter) и six-pack (трехфазный инвертор) в 3-х типах корпусов. Трехфазный выпрямительный мост и тормозной транзистор с трехфазным инвертором интегрированы в модулях CBI. В модулях на глиняной подложке имеется также датчик температуры NTC для мониторинга температуры в области кристаллов. IXA35IF1200HB является примером дискретной сборки XPT IGBT и Sonic диодика в корпусе ISOPLUS247.

    В таблицах 1 и 2 приведены 1-ые разработанные продукты с кристаллами XPT. В последнее время этот перечень будет расширен 4-мя новыми IGBT на токи 25, 75 и 100 А для напряжения 1200 В и 100 А для напряжения 1700 В. Полный список разрабатываемых товаров с XPT IGBT нацелен на спектр от 3 до 150 А и напряжения 600, 1200 и 1700 В.

    Таблица 1. Свойства дискретных XPT IGBT-модулей Наименование

    Напряжение
    Vces IGBT, В

    Ток Ic80 IGBT, А

    Падение напряжения
    Vce(sat)typ-Tj = 25 °C, В

    Энергия включения
    Eontyp 125 °C, мДж

    Энергия выключения,
    Eofftyp 125 °C, мДж

    Ток диодика Ic80FWD, А

    Конфигурация модуля

    Корпус

    MIXA10WB1200TED

    1200

    12

    1,8

    1,1

    1,1

    13

    CBI

    E2-Pack

    MIXA20WB1200TED

    1200

    20

    1,8

    1,55

    1,7

    22

    CBI

    E2-Pack

    MIXA30W1200TED

    1200

    30

    1,8

    2,5

    3

    29

    Six-Pack

    E2-Pack

    MIXA30WB1200TED

    1200

    30

    1,8

    2,5

    3

    30

    CBI

    E2-Pack

    MIXA40W1200TED

    1200

    40

    1,8

    3,8

    4,1

    29

    Six-Pack

    E2-Pack

    MIXA40WB1200TED

    1200

    40

    1,8

    3,8

    4,1

    29

    CBI

    E2-Pack

    MIXA60W1200TED

    1200

    60

    1,8

    4,5

    5,5

    59

    Six-Pack

    E2-Pack

    MIXA60WB1200TEH

    1200

    60

    1,8

    4,5

    5,5

    59

    CBI

    E3-Pack

    Таблица 2. Свойства XPT IGBT-модулей Наименование

    Напряжение
    Vces, В

    Ток Ic25 TC
    = 25 °C IGBT, A

    Прямое падение,
    Vce(sat)typ Tj = 25 °C IGBT, В

    Энергия закрытия,
    Eofftyp Tj = 125 °C IGBT, мДж

    Ток диодика,
    I FTJ, 90 °C, A

    Конфигурация

    Корпус

    IXA12IF1200HB, PB, PC, TC

    1200

    20

    1,8

    1,1

    14

    Copack (FRD)

    TO-247, TO-220, TO-263, TO-268

    IXA17IF1200HJ

    1200

    28

    1,8

    1,1

    20

    Copack (FRD)

    ISOPLUS247

    IXA20I1200PB, HB

    1200

    33

    1,8

    1,7

    Single

    TO-220

    IXA20IF1200HB

    1200

    33

    1,8

    1,7

    24

    Copack (FRD)

    TO-247

    IXA27IF1200HJ

    1200

    43

    1,8

    3

    26

    Copack (FRD)

    ISOPLUS247

    IXA33IF1200HB

    1200

    51

    1,8

    3

    32

    Copack (FRD)

    TO-247

    IXA37IF1200HJ

    1200

    58

    1,8

    3,8

    26

    Copack (FRD)

    ISOPLUS247

    IXA45IF1200HB

    1200

    69

    1,8

    3,8

    32

    Copack (FRD)

    TO-247

    IXA55I1200HJ

    1200

    84

    1,8

    5,5

    Single

    ISOPLUS247

    IXA60IF1200NA

    1200

    84

    1,8

    5,5

    53

    Copack (FRD)

    SOT-227

    Заключение

    С представлением новых XPT IGBT компания IXYS расширяет диапазон собственной продукции для ублажения имеющихся потребностей рынка в высоконадежных силовых ключах с малыми потерями и возможностью параллельного включения. Электронные и термические свойства первых доступных товаров демонстрируют возможность действенного внедрения XPT IGBT и Sonic вровень с другими существующими технологиями.