Главная
База знаний
Новые производители IGBT модулей на российском рынке

Новые производители IGBT модулей на российском рынке

В настоящее время российские разработчики в значительной мере лишились возможности использовать привычные компоненты западных компаний. Взамен них используются ближайшие российские аналоги, а чаще — продукция китайских предприятий. Такая же ситуация сложилась и с IGBT. В статье мы кратко рассмотрим IGBT китайских производителей и сравним их с изделиями мирового лидера — компании Infineon. Статья носит справочный характер, в ней не рассматриваются топологии силовых каскадов с IGBT и принципы их работы.

Введение

Хотя первые IGBT появились уже в далеком 1985 году, нельзя сказать, что они оказались на «технологической полке», когда даже для минимальных усовершенствований продукта требуются столь значительные затраты, что всякое улучшение теряет смысл. До сих пор IGBT продолжают совершенствоваться, и ведущие производители регулярно сообщают о появлении транзисторов новых поколений, превосходящих по параметрам своих предшественников.

IGBT на российском рынке

Сегодня на российском рынке предлагаются IGBT нескольких китайских производителей. Рассмотрим продукцию китайских компаний Leapers, StarPower, Xiner, CRRC и других предприятий, а также российской компании «Протон-Электротекс». В качестве эталона для сравнения возьмем IGBT производства немецкой компании Infineon, мирового лидера в сегменте силовых компонентов.

Для сравнения выберем популярные полумостовые модули в корпусе ED3 с нормируемым напряжением коллектор-эмиттер 1200 В и током коллектора 450 А. Такие сборки служат основой для построения инверторов и преобразователей частоты. При сравнении мы будем рассматривать основные, на наш взгляд, параметры модулей.

Рис. Структура IGBT Trench-FS

Все рассматриваемые IGBT изготовлены по технологии Trench-FS со слоем Field-Stop (FS). Схематично структура такого IGBT приведена на рис. По сравнению с планарной структурой температурный коэффициент прямого падения напряжения у Trench-FS лучше, и у этого IGBT больше устойчивость к перегрузкам по току. Хвост тока при выключении Trench-FS несколько выше, но спадает он значительно быстрее.

К сожалению, не существует единого общепринятого стандарта определения параметров IGBT, поэтому некоторые параметры в справочной документации определены для разных условий. В таблице 1 приведены параметры, которые в первую очередь обычно учитываются при выборе силовых сборок: максимально допустимый ток коллектора и ток короткого замыкания, максимальная рассеиваемая мощность, а также тепловые сопротивления переход-корпус IGBT и антипараллельного диода. Как видно из таблицы, компании оценивают максимальный длительный ток и максимальную рассеиваемую мощность при разной температуре корпуса T_C, но при одинаковой температуре перехода T_VJ = +175 °С.

Важным параметром, определяющим потери на проводимость, является напряжение насыщения коллектор-эмиттер V_CESAT. Значение этого параметра при разной температуре перехода приведено в таблице 2. Для выбора драйверов затвора и оценки потерь на управление необходимо знать входную емкость C_IES, обратную передаточную емкость (емкость Миллера) C_RES и заряд затвора Q_G. Все три параметра представлены в таблице 3.

Наверное, самыми значимыми для разработчиков являются динамические параметры IGBT; они представлены в таблице 4. Чтобы не загромождать таблицу излишними данными, все параметры в ней указаны при температуре перехода +150°С (+175 °С для IGBT Xiner). При сравнении динамических параметров следует учесть разные сопротивления в цепи затвора. К сожалению, все производители, кроме «Протон-Электротекс», не указывают величину индуктивности нагрузки, при которой проводились испытания. Возможно, именно этими обстоятельствами и объясняются существенные различия динамических параметров IGBT.

Параметры антипараллельных диодов для температуры перехода +150 °С приведены в таблице 5. Как и при определении динамических параметров, не все производители указали индуктивность нагрузки, при которой проходили испытания.

Выводы

Мы рассмотрели некоторые основные параметры полумостовых сборок IGBT производства немецкой, российской и китайской компании. В идеальном варианте хотелось бы испытать все сборки на одном и том же стенде при одинаковых условиях. Но мы доверимся справочными данными от производителей.

Однако проблема заключается не в скептическом отношении к продукции производителей — это известные компании, чьи изделия продаются во многих странах. Нет оснований подозревать эти компании в обмане. Но поскольку не существует единого стандарта на испытание сборок IGBT, довольно трудно привести данные от производителей к общему знаменателю, чтобы выявить лидеров и аутсайдеров.

С другой стороны, условия проведения испытаний в разных компаниях не настолько разительно отличаются друг от друга, чтобы не попытаться сделать выводы из сравнения справочных данных. Возьмем на себя смелость утверждать, что продукция китайских производителей CRRC, Leapers, Xiner, StarPower во многих случаях вполне способна заменить сборки IGBT мирового лидера Infineon.

Возможно, параметры сборки IGBT от Infineon выглядят более сбалансированными, но и китайцам есть чем гордиться: например, высокая устойчивость их сборок к токам короткого замыкания и способность рассеивать высокую мощность свидетельствуют о высокой квалификации китайских инженеров и хорошей проработанности конструкции сборки.

Похоже, специалисты российской компании «Протон-Электротекс» разделяют философию своих коллег из Infineon и так же, как они, создали сбалансированное изделие.

Подводя итоги, можно сказать, что уход западных производителей IGBT, конечно, сказался на российских компаниях — им приходится искать замену привычным, проверенным компонентам, налаживать логистические цепочки. Тем не менее замена есть: на российском рынке предлагаются сборки IGBT китайских компаний; во многих случаях использование этих изделий не приведет к ухудшению качества и функциональности всего продукта в целом.

Таблица 1. Максимально допустимый ток коллектора и максимальная рассеиваемая мощность

Параметр	CRRC	Leapers	Xiner	StarPower	«Протон-Электротекс»	Infineon
Длительный ток	450 А при T_C = +25 °С и T_VJ = +175 °С	600 А при T_C = +100 °С	450 А при T_C = +25 °С и T_VJ = 175 °С	450 А при T_C = 25 °С и T_VJ = 175 °С или 680 А при T_C = +100 °С и T_VJ = +175 °С	450 А при T_C = 80 °С и T_VJ = 175 °С или 601 А при T_C = +25 °С и T_VJ = +175 °С	450 А при T_C = +100 °С и T_VJ = +175 °С или 675 А при T_C = +25 °С и T_VJ = +175 °С
Ток короткого замыкания, А, при T_VJ = +150 °С, длительность не более 10 мкс	1900	2000	2400	1800	1525	1800
Максимальная рассеиваемая мощность	2800 Вт при Т_C = +100 °С и T_VJ = +175 °С	3750 Вт при Т_C = 25 °С и T_VJ = 175 °С	2150 Вт при Т_C = +25 °С и T_VJ = +175 °С	2173 Вт при	Нет данных	2250 Вт при T_C = +25 °С и T_VJ = +175 °С
Тепловое сопротивление переход-корпус IGBT, К/Вт	0,052	0,04	0,07	0,069	0,054	0,066
Тепловое сопротивление переход-корпус антипараллельного диода, К/Вт	0,086	0,07	0,05	0,108	0,11	0,045

Таблица 2. Напряжение насыщения коллектор–эмиттер V_CESAT

Параметр	CRRC	Leapers	Xiner	StarPower	«Протон-Электротекс»	Infineon
Напряжение насыщение коллектор–эмиттер при температуре перехода, V_CESAT/Т °С	1,65 В/25 °С; 2,0 В/150 °С	1,65 В/25 °С; 1,85 В/150 °С	1,75 В/25 °С; 2,05 В/150 °С	1,7 В/25 °С; 2,05 В/150 °С	2,25/25 °С; 2,95 В/150	1,75 В/25 °С; 2,05 В/150 °С

Параметр

CRRC

Leapers

Xiner

StarPower

«Протон-Электротекс»

Infineon

Напряжение насыщение коллектор–эмиттер при температуре перехода, V_CESAT/Т °С

1,65 В/25 °С;

2,0 В/150 °С

1,65 В/25 °С;

1,85 В/150 °С

1,75 В/25 °С;

2,05 В/150 °С

1,7 В/25 °С;

2,05 В/150 °С

2,25/25 °С;

2,95 В/150

1,75 В/25 °С;

2,05 В/150 °С

Таблица 3. Входная емкость C_IES, обратная передаточная емкость (емкость Миллера) C_RES и заряд затвора Q_G

Параметр	CRRC	Leapers	Xiner	StarPower	«Протон-Электротекс»	Infineon
Входная емкость C_IES, нФ	62	39	30,5	Нет данных	34,0	28,0
Обратная передаточная емкость C_RES, нФ	0,82	1,39	1,0	Нет данных	1,3	1,55
Заряд затвора Q_G, нКл	4600	3300	1620	Нет данных	1750	3300

Параметр

CRRC

Leapers

Xiner

StarPower

«Протон-Электротекс»

Infineon

Входная емкость C_IES, нФ

30,5

Нет данных

34,0

28,0

Обратная передаточная емкость C_RES, нФ

0,82

1,39

1,0

Нет данных

1,3

1,55

Заряд затвора Q_G, нКл

4600

3300

1620

Нет данных

1750

3300

Таблица 4. Динамические параметры IGBT

Параметр	CRRC	Leapers	Xiner	StarPower	«Протон-Электротекс»	Infineon
Задержка на включение t_D₍_ON₎, нс	267	195	187	328	234	220
Время нарастания тока коллектора t_R₍_ON₎, нс	102	58	66	76	63	70
Задержка на выключение t_D₍_OFF₎, нс	730	515	504	539	436	620
Время спада тока коллектора t_R₍_OFF₎ , нс	270	255	218	108	239	120
Потери энергии на включение E_ON, мДж	88	78,9	36	19,5	9,5	28,5
Потери энергии на выключение, E_OFF, мДж	62	52,21	51	46,6	57,5	61,5

Таблица 5. Параметры антипараллельного диода

Параметр	CRRC	Leapers	Xiners	StarPower	«Протон-Электротекс»	Infineon
Прямое падение напряжения V_F, В	1.75	1,7	2,4	1,65	2,7	1,65
Пиковый обратный ток I_RM, А	440	266	318	354	435	575
Заряд восстановления обратного сопротивления Q_r, мкКл	100	84,87	53	79,6	48,5	105
Потери энергии восстановления обратного сопротивления E_REC, мДж	50	29,89	24	35,8	37,5	55