《電子技術(shù)應(yīng)用》
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安森美半導(dǎo)體的全系列IGBT

滿足汽車,、太陽(yáng)能逆變器,、不間斷電源、白家電等各類應(yīng)用需求
2017-05-17

  安森美半導(dǎo)體是領(lǐng)先的功率器件半導(dǎo)體供應(yīng)商,,提供全面的功率器件,,包括MOSFET,、IGBT、二極管,、寬帶隙(WBG)等分立器件及智能功率模塊(IPM)等功率模塊,,尤其在收購(gòu)Fairchild半導(dǎo)體后,是全球第二大功率分立器件半導(dǎo)體供應(yīng)商,,在IGBT領(lǐng)域有著不可比擬的優(yōu)勢(shì),,提供同類最佳的IGBT技術(shù)和最寬廣的IGBT產(chǎn)品陣容。

  安森美半導(dǎo)體在IGBT領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)

  安森美半導(dǎo)體在功率器件,、IGBT,、薄晶圓和封裝技術(shù)方面有強(qiáng)大的知識(shí)產(chǎn)權(quán)陣容,在全球多地?fù)碛蠭GBT制造設(shè)施,,量產(chǎn)點(diǎn)火IGBT具有30年經(jīng)驗(yàn),,600 V和1200 V溝槽場(chǎng)截止IGBT平臺(tái)性能已通過分立產(chǎn)品和功率集成模塊(PIM)系列證實(shí)。自2016年9月收購(gòu)Fairchild,,安森美半導(dǎo)體的IGBT產(chǎn)品陣容大為擴(kuò)展,,提供600 V、650 V,、1200 V,、1350 V、1500 V IGBT,,采用TO-3P,、TO-247、TO-247 4L,、TO-220,、TO-220 FullPak、D2PAK,、DPAK等封裝,,用于汽車,、太陽(yáng)能逆變器、不間斷電源(UPS),、電磁爐,、電焊機(jī)和電機(jī)控制等各種不同應(yīng)用。

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  圖1:安森美半導(dǎo)體的IGBT陣容

  溝槽柵場(chǎng)截止IGBT技術(shù)是當(dāng)前IGBT領(lǐng)域的一大技術(shù)亮點(diǎn),,圖2為安森美半導(dǎo)體的溝槽柵場(chǎng)截止IGBT的橫截面,,采用了背面金屬化、背面注入,、柵氧化、場(chǎng)氧化,、鈍化等工藝,,電場(chǎng)分布呈梯形,可實(shí)現(xiàn)優(yōu)化的導(dǎo)通損耗和開關(guān)性能,。

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  圖2:溝槽柵場(chǎng)截止IGBT橫截面

  安森美半導(dǎo)體的IGBT具有出色的非鉗位感性開關(guān)(UIS)能力,,大大增強(qiáng)了在系統(tǒng)發(fā)生瞬態(tài)事件時(shí)的可靠性。UIS用以測(cè)試器件的抗雪崩能力,,如器件在擊穿后能承受的能量水平,。UIS能力不依賴于擊穿電壓。

  安森美半導(dǎo)體的FSIII 超場(chǎng)截止1200 V IGBT采用公司專有的超場(chǎng)截止溝槽技術(shù),,并與一個(gè)具有軟關(guān)斷特性的快速恢復(fù)二極管(FRD)共同封裝在一起,,提供最小的反向恢復(fù)損耗。FSIII FRD采用更薄的外延層,、優(yōu)化的外延緩沖層和更少摻雜的陽(yáng)極,,表現(xiàn)出更低的正向壓降(VF)、更軟開關(guān)和更低的反向恢復(fù)電流(IRRM),。加之其極寬的高度觸發(fā)的場(chǎng)截止層,,能實(shí)現(xiàn)領(lǐng)先行業(yè)的總開關(guān)損耗,為大功率開關(guān)系統(tǒng)在電源能效方面設(shè)立新的基準(zhǔn),。如NGTB40N120FL3WG的總開關(guān)損耗為2.7毫焦耳(mJ),,而NGTB25N120FL3WG的總開關(guān)損耗為1.7 mJ。兩款器件在各自額定電流下的VCEsat均為1.7 V,,非常適用于UPS和太陽(yáng)能逆變器,。NGTB40N120L3WG經(jīng)優(yōu)化提供低導(dǎo)通損耗,額定電流下的VCEsat為1.55 V,,總開關(guān)損耗為3 mJ,,主要針對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用。這些1200 V IGBT還曾在2016年獲《今日電子》與21IC中國(guó)電子網(wǎng)聯(lián)合頒發(fā)“Top 10電源產(chǎn)品獎(jiǎng)”,,這是于電子業(yè)備受認(rèn)同的確定高品質(zhì)產(chǎn)品的一個(gè)基準(zhǔn),。

  安森美半導(dǎo)體的FS4 溝槽場(chǎng)截止650 V IGBT,,如FGH50T65SQD_F155和FGH75T65SQD_F155,具備高電流能力,、高輸入阻抗,、快速開關(guān)和緊密的參數(shù)分布等特性。

  FSIII和FS4都是先進(jìn)的IGBT技術(shù),,提供高性能和強(qiáng)固的IGBT產(chǎn)品,。

  此外,安森美半導(dǎo)體不光在分立器件上有業(yè)界領(lǐng)先的產(chǎn)品,,公司還結(jié)合在功率模塊上的先進(jìn)技術(shù),,推出了用于太陽(yáng)能逆變器和UPS的T型逆變器 PIM。集成化的模塊包括了IGBT及整流器,,采用安森美半導(dǎo)體的專有溝槽FS技術(shù) 及強(qiáng)固的超快FRD,,配置為中點(diǎn)鉗位式T型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),能效可超過98%,。模塊中的IGBT通過在低飽和電壓(Vce)和低關(guān)斷損耗(Eoff)之間權(quán)衡取舍,,恰到好處地優(yōu)化電路性能,具有最大結(jié)溫Tj = 175°C或短路能力,。模塊中的超快整流器提供低VF性能和高溫能力,。可配置的封裝平臺(tái)采用大功率直接鍵合銅(DBC)基板技術(shù)及專有的壓合(press-fit)引腳,,可以提供更高的功率密度,、更高的性能與更高的可靠性。

  我們對(duì)安森美半導(dǎo)體的IGBT PIM模塊和競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的IGBT模塊進(jìn)行了能效對(duì)比測(cè)試,,它們被評(píng)估用于一個(gè)7千瓦的T型逆變器應(yīng)用,,工作于15千赫、200 V交流電壓和650伏直流鏈電壓,。結(jié)果表明,,安森美半導(dǎo)體的IGBT PIM模塊能效和熱性能都要優(yōu)于競(jìng)爭(zhēng)器件。

  用于白家電的IGBT

  1. 功率因數(shù)校正(PFC) 類應(yīng)用

  PFC類的IGBT主要用于工業(yè),、空調(diào)等應(yīng)用,,工作頻率在20至40 kHz,峰值電流在20 A至 40 A,,要求低噪聲,、低開關(guān)損耗。

  同等工作條件下,,IPM結(jié)構(gòu)比分立的PFC結(jié)構(gòu)提供更高的工作頻率,,且由于其將升壓線圈布設(shè)在電路板上,從而減小磁芯尺寸,,進(jìn)而降低組裝成本,。在220 V交流電壓,,4 kW工作頻率下,無橋交錯(cuò)式PFC的系統(tǒng)總損耗還較分立的升壓PFC降低38%,。

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  表1:安森美半導(dǎo)體用于PFC類白家電的IGBT陣容

  2. 逆變器類應(yīng)用

  這類應(yīng)用主要包括冰箱,、洗衣機(jī)、洗碗機(jī)等,,工作頻率在5至20 kHz,,峰值電流在3至15 A,要求低功耗,、高可靠性,,若需降低成本,可轉(zhuǎn)向采用分立的IGBT,。

  例如,,對(duì)于用于冰箱的逆變器,安森美半導(dǎo)體提供600 V NGTB03N60R2DT4G,、NGTB05N60R2DT4G,、NGTB10N60R2DT4G,,采用緊湊的DPAK封裝,,提供低飽和電壓VCE(sat),能承受達(dá)5 μs的短路,,散熱性極佳,,有助于設(shè)計(jì)人員采用緊湊的PCB和實(shí)現(xiàn)高能效。

  對(duì)于用于洗衣機(jī),、電鋸的逆變器或電機(jī),,安森美半導(dǎo)體提供采用DPAK封裝的NGTB10N60R2DT4G、采用TO-220F-3FS封裝的NGTB10N60FG和NGTB15N60R2FG,,這些IGBT具有低VCE(sat)和高速開關(guān)性能,,能承受達(dá)5 μs的短路,無需隔離器件,,提供高能效,。

  3. 感應(yīng)加熱類應(yīng)用

  感應(yīng)加熱類應(yīng)用分為兩種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu):?jiǎn)味耸胶桶霕蚴健味耸浇Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,,主要用于電飯煲,、微波爐等低成本應(yīng)用,需要IGBT,、電容及電感等高壓器件,,最大功率不超過2 kW,通過電壓諧振實(shí)現(xiàn)軟開關(guān),,采用高BVces的IGBT,,最好具有快速開關(guān)性能,,電壓范圍在1000至1,500 V,電流在15至30 A,;半橋式拓?fù)渲饕糜陬l率超過2 kW 的高功率應(yīng)用如電磁爐爐面,,需要2個(gè)IGBT和隔離的門極驅(qū)動(dòng)器,通過電流諧振實(shí)現(xiàn)軟開關(guān),,采用高額定電流的IGBT,,最好具有低VCE(sat),電壓范圍在600至650 V,,電流在40至60 A,。

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  圖3:?jiǎn)味送負(fù)?左)和半橋拓?fù)?右)

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  表2:安森美半導(dǎo)體用于感應(yīng)加熱類白家電的IGBT陣容

  總結(jié)

  安森美半導(dǎo)體是領(lǐng)先的IGBT供應(yīng)商,具備先進(jìn)的IGBT技術(shù)和寬廣的IGBT陣容,,提供從600 V到1500 V,、涵蓋平面型和溝槽型、FS到FS4的高性能IGBT和IGBT PIM,。公司專有的溝槽場(chǎng)截止技術(shù)和封裝優(yōu)勢(shì),,完美地平衡開關(guān)損耗和導(dǎo)通損耗,能滿足各類應(yīng)用和不同客戶的需求,。


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