IGBT модулі : дуже коротко "для чайников"

 IGBT модулі : на згадку..

Постійні пошукові роботи в галузі процесів виготовлення напівпровідникових кристалів, використання нових технологічних рішень призводить до неперервних еволюційних змін характеристик силових ключів. Революційні зміни пов"язані у першу чергу з технологіями тонких плівок, затосування яких дозволяє не тільки підвищити економічну ефективність виробництва, але й створити IGBT з принципово новими властивостями.
SEMIKRON — єдиний у світі виробник інтелігентних силових модулів IGBT із струмом до  3600 А. За основними технічними характеристиками напівпровідникові прилади  SEMIKRON, модулі IGBT в тому числі, крокують в рівень, навіть випереджають найближчих конкурентів  на 10–20%. SEMIKRON пропонує 5 варіантів технології виготовлення статндартних продуктів, до яких відносяться й  модули IGBT SEMITRANS, що дозволяє користувачу вибирати елемент, що найбільш повно задовольняє його вимоги.
Але лунають деколи розмірковування деяких технічних спеціалістів про те, що технологія  IGBT себе вичерпала, ... буцім-то всі параметри доведені до можливих фізичних меж, ... серйозних покращень не передбачається... Залишимо ж цих песимістів на дослідження психологам /або психіатрам/..
Модулі и транзистори IGBT перших розробок не мали чіткого розмежування по галузях застосування, компанії, що іх виготовляли, постійно працювали над комплексним покращенням параметрів. Це було виправдано, бо ранні зразки  IGBT модулів  мали відверто не найкращі енергетичні характеристики . Одначе в процесі розвитку технології виробництва IGBT з"ясувалось, що вигідніше покращити якусь одну з характеристик, навіть не на користь іншим та виробляти компоненти, що призначені для застосування в конкретних класах перетворювальних пристроїв.("заточених" під них, як це вимовляється на сучасному сленгу). В результаті з"явились класи транзисторів та   модулей IGBT, що відрізняються, як правило, частотними властивостями  (наприклад IR-івські Standard, Fast, UltraFast, пізніше до них додався WARP).
Однозначно визначити термін "стандартна технологія" до сучасної силової електроніки достатньо складно. Розвиток технологій напівпровідників відбувається настільки швидко, що ми не встигаємо помітити, коли "нове" стає "стандартним", а стандартне - геть застарілим. .
Далі будемо вести мову тільки про технології модулів IGBT в стандартних конструктивах з робочою напругою 600, 1200 та 1700 В.

Серед модулів з робочою напругою 600 В:
- серія 063 — стандартні Non Punch Through (NPT) IGBT;
- серія 066 — Trench Field-Stop (Trench 3) IGBT (транзистори з понаднизькими втратами провідності),

Серед модулів з робочою напругою 1200 В:
- серія 123 — стандартні Non Punch Through (NPT) IGBT;
- серія 125 — Ultrafast NPT-IGBT (транзистори с низькими втратами на перемикання),
- серія 126 — Trench Field-Stop (Trench 3) IGBT (транзистори з низькими втратами провідності),
- серія 12E4 — Trench (Trench 4) IGBT (транзистори з оптимальним співвідношенням між вартістю, електричними та тепловими характеристиками)
- серія 12T4 — Fast Trench (F-Trench 4) IGBT (транзистори з покращеними частотними характеристиками),
- серія V-IGBT — Trench (Trench V) IGBT (транзистори зі збалансованим співвідношенням між втратами на перемикання, втратами провідності та щільністю струму кристала), .

Серед модулів з робочою напругою 1700 В:
- серія 173 — стандартні Non Punch Through (NPT) IGBT;
- серія 176 — Trench Field-Stop (Trench 3) IGBT (транзисторы з понаднизькими втратами провідності),
- серия 17E4 — Trench (Trench 4) IGBT (транзистори з оптимальним співвідношенням між вартістю, електричними та тепловими характеристиками);
Основна мета виробництва такої гами компонентів - забезпечення максимально можливої кількості споживачів, отримання мінімальних втрат потужності в кожному класі пристроїв перетворювальної техніки.
/Для тих хто цікавиться історією, зняті з виробництва:
- серія 121 — ранні стандартні, е7пітаксіальна технологія, Punch Through (PT) IGBT;
- серія 124 — Low Loss NPT-IGBT (транзистори з низькими втратами провідності);
- серия 128 — Soft Punch Through (SPT) IGBT (транзистори з оптимізованими співвідношенями втрат провідності та перемикання ).
Перший у світі ізольований модуль IGBT SEMIPACK було розроблено спеціалістами фірми SEMIKRON.
До теперішнього часу у світі продано понад 100 млн таких модулів. /

Не будемо глибоко копати особливості технології виробництва модулів IGBT, відмітимо лиш, що основними параметрами, по співвідношенню яких визначаються властивості кристалу IGBT, його «спеціалізація», є напруга насичення,заряд затвора та енергія перемикання я.

В Таблиці 1 показано частотні діапазони для різних модификацій модулей IGBT.

Номинальна напруга 1200 В
12T4 — Fast Trench (F-Trench 4) IGBT	~	+++	+++	+++	~
12E4 — Trench (Trench 4) IGBT	~	+++	+++	+++	~
126 Trench Field-Stop (Trench 3) IGBT	+++	~
125 Ultrafast NPT-IGBT				+++	+++	~
123 (NPT) IGBT	~	+++	~
Fsw(kHz)	1...5	6...8	9...15	16...24	25...40	41...66

~ - Застосування є можливим, + - рекомендована область

Як видно з таблиці, Trench FS-IGBT мають мінімальні втрати провідності, UltraFast NPT-IGBT — мінімальні втрати перемикання, а Trench 4-IGBT , V-IGBT — це компромісні типи транзисторів з оптимальним співвідношенням статичних та динамічних характеристик . Всі наведені класи транзисторів характеризуются додатнім температурним коэффіціентом напруги насичення, що дозволяє використовувати їх паралельне з"єднання.
Тому на пграктиці можна виділити  три основних типи пристроїв, що вимагають оптимального співвідношення визначених параметрів:
1. Низкочастотні перетворювачі (вітрогенератори, конвертори для енергосистем, що використовують енергію сонця, деякі типи джерел безперебійного живлення, тяговий електропривод) — для даних застосувань головними є втрати провідності;
2. Імпульсні перетворювачі (частотні приводи, мостові інвертори деяких типи джерел безперебійного живлення) — для цих эзастосувань головними є втрати провідності та перемикання одночасно;
3. Високочастотні пристрої (системи індукційного нагріву, зварювальне обладнання, резонансні інвертори) —для цих эзастосувань головними є втрати на перемикання.

  Рис.1 Області застосування модулів IGBT.

Серійні стандартні модулі IGBT SEMIKRON в залежності від типу корпусу мають наступні значення внутрішньої розподіленої індуктивності силових ключів L_CE:
• SEMITRANS 2 (34х94 мм): L_CE < 30 нГн;
• SEMITRANS 2NI (34х94 мм): L_CE< 25 нГн - залишився тільки один тип;
• SEMITRANS 3 (62х107 мм): L_CE < 20 нГн;
• SEMITRANS 4 (62х107 мм): L_CE < 20 нГн;
• SEMITRANS 6/7 (45х105 мм): L_CE < 60 нГн.
Окрім звичних модулів, випускаються ще серії MiniSKiiP, що є унікальними за своїми конструктивними параметрами. SEMIKRON також випускає модулі CIB в стандартних корпусах.
Серія таких модулів називається SEMITOP, але в цій статті про них мова не йшла /частково див. тут  -про SEMITOP /.

Задля поглибленого вивчення матеріалу можемо порекомендувати тільки самостійно походити по сайтах виробників модулів IGBT, оскільки свіжих статей з порівняльним аналізом   модулей IGBT у відкритих публікаціях не помячається.