№9 / 2014 / статья 3

Транзисторы-2014: Новые серии MOSFET от International Rectifier

Кирилл Автушенко (КОМПЭЛ)

Мировой рынок полевых транзисторов (MOSFET) в 2013 году оценивался в 6 миллиардов долларов, что побуждает практически всех производителей на рынке электронных компонентов стараться откусить свой «кусок пирога». Компания International Rectifier является одним из самых крупных производителей электронных компонентов. По данным за 2013 год, доля IR на рынке MOSFET составила 10,3%, что ставит компанию на первое место в этом сегменте рынка.

Компания International Rectifier выпускает множество различных транзисторов для нескольких сегментов напряжения (рисунок 1).

Рис. 1. MOSFET производства IR с точки зрения напряжения и сегментов применения

Рис. 1. MOSFET производства IR с точки зрения напряжения и сегментов применения

Наиболее широка линейка N-канальных транзисторов, как наиболее распространенных и востребованных рынком. Низковольтные MOSFET, рассчитанные на напряжения до 30 В, массово используются в ноутбуках, планшетах, принтерах, персональных компьютерах, серверах, в электроинструменте с питанием от аккумуляторных батарей. Основные области применения MOSFET среднего напряжения (40…300 В) во многом пересекаются с низковольтными, но при повышенных уровнях мощности и напряжения на оборудовании. Для работы в разнообразной аппаратуре с питанием от сети переменного тока 110 В или 230 В в сетевых источниках электропитания, светотехнике, бытовой и промышленной технике используются MOSFET с допустимыми напряжениями от 500 В и выше.

Кроме того, IR выпускает P-канальные MOSFET с максимальным напряжением «сток-исток» до -150 В для применения в цепях защиты аккумуляторных батарей, подключения нагрузки к шине питания и так далее,.

В течение более чем полувековой истории производства MOSFET компания International Rectifier занимает лидирующие позиции в отрасли как в части совершенства и разнообразия применяемых технологий, так и по объему портфеля и техническим характеристикам выпускаемых MOSFET. Для того чтобы успешно выдерживать конкуренцию и в полной мере соответствовать требованиям потребителей, компания постоянно расширяет номенклатуру производимых MOSFET и улучшает их свойства.

Результатом такой стратегии в 2014 году явилось расширение нескольких линеек транзисторов, предназначенных для выполнения конкретного класса задач, определяемых основными техническими характеристиками транзисторов. Данные семейства представлены на рисунке 2.

Рис. 2. Основные направления совершенствования MOSFET International Rectifier в 2014 году

Рис. 2. Основные направления совершенствования MOSFET International Rectifier в 2014 году

Семейство FastIRFET™

Активно развивается семейство MOSFET под торговой маркой FastIRFET™. В 2013 году были разработаны и выпущены на рынок одиночные и сдвоенные транзисторы на низкий (25 В) уровень напряжения, а в 2014 году семейство пополнилось представителями на 100 В. Продолжающиеся разработки направлены на расширение диапазона рабочих напряжений. В скором времени планируется выпустить транзисторы на 80 В и 150 В. Транзисторы данного семейства предназначены для применения в импульсных источниках питания постоянного тока и оптимизированы для достижения минимальных динамических потерь при работе в высокочастотных преобразователях напряжения. Для повышения общего КПД импульсного преобразователя сопротивление канала, а следовательно – и потери проводимости для данного семейства транзисторов также минимизируются. Это семейство рассматривалось нами в одном из предыдущих номеров журнала [1], поэтому в данной статье мы не будем рассматривать всех его представителей, а ограничимся новыми транзисторами 100 В. Их основные характеристики перечислены в таблице 1.

Таблица 1. Транзисторы семейства FastIRFET™ на 100 В

Наименование Vdss, В Корпус Rds(on) тип./макс. при 10Vgs, мОм Ток Id при 25°C, А Заряд Qg тип./макс., нКл
IRFH7185TRPBF 100 PQFN 5×6 4,2/5,2 123 36/54
IRFH7188TRPBF 5,0/6,0 105 33/50
IRFH7191TRPBF 6,2/8,0 80 26/39
IRF7171MTRPBF DFET MN 5,3/6,5 93 36/54

Семейство StrongIRFET™

Для задач промышленного применения, требующих достижения малых статических потерь, высокой надежности при жестких условиях эксплуатации и привлекательных конкурентоспособных цен, предназначено и активно развивается семейство StrongIRFET™. Это семейство также было создано в 2013 году. Изначально были выпущены транзисторы на максимальное напряжение 40 В. Коммерческий успех данного семейства и возрастающие потребности производителей промышленных (и не только) электронных систем подтвердили актуальность дальнейшего расширения диапазона рабочих напряжений. В результате инженерных усилий, предпринятых компанией IR, в уходящем году были выпущены полноценные семейства StrongIRFET™ 60 В и 75 В. Эти транзисторы по-прежнему отличает сверхнизкое сопротивление открытого канала и высокая стойкость ко внешним помехам и стрессовым электрическим воздействиям. Детальному рассмотрению этого семейства посвящена отдельная статья в этом же номере журнала.

Семейство DirectFET™

Основные характеристики транзистора (сопротивление канала, заряд затвора, паразитные индуктивность и емкость выводов и так далее) определяются не только параметрами кристалла транзистора, но и характеристиками корпуса. При этом учитываются «внешние» факторы корпуса – размеры, длина выводов и тому подобное – а также «внутренние» – способ и материалы разварки кристалла на выводы, расположение кристалла внутри корпуса и так далее. Именно поэтому, помимо исследований, направленных на улучшение технологий изготовления кристаллов транзисторов, оптимизирующих их характеристики, компания IR постоянно ведет исследовательские работы по улучшению технологий корпусирования MOSFET.

Вершиной эволюции технологии корпусирования транзисторов явилось появление в 2009…2010 годах нового семейства DirectFET™ [2, 3, 4]. Транзисторы этого семейства отличает высочайшая плотность рабочего тока, возможность применения двустороннего охлаждения корпуса, низкое тепловое сопротивление «кристалл-корпус» (рисунок 3), минимальные паразитные индуктивности и емкости выводов, миниатюрные размеры. Все эти качества сделали транзисторы DirectFET™ незаменимым компонентом мощных компактных промышленных систем управления двигателями и преобразователей напряжения.

Рис. 3. Тепловое сопротивление корпуса DirectFET™: а) пути отвода тепла; б) тепловое сопротивление

Рис. 3. Тепловое сопротивление корпуса DirectFET™: а) пути отвода тепла; б) тепловое сопротивление

В 2014 году изменения коснулись транзисторов DirectFET™ в корпусах типа L-Can: параллельно с «историческими» транзисторами типа L2 появились новые MOSFET типа L1. Что же изменилось?

Технология DirectFET 2.0 (тип L2) была разработана в 2008 для автомобильного сегмента электроники. Дополнительный этап в производстве таких транзисторов позволил обеспечить успешное прохождение температурных тестов готового MOSFET в автоклаве, необходимое для соответствия автомобильному стандарту Q101. Группа L2 охватывает рабочие напряжения в диапазоне 40…200 В. В настоящее время IR проводит плавное изменение наименования таких транзисторов на аналогичные имена, содержащие префикс “AU”, что явно указывает на соответствие такого компонента требования стандарта Q101.

Новая технология DirectFET 1.5 (тип L1) использует измененный БОМ и изготавливается с выполнением меньшего числа технологических операций, Это позволило снизить стоимость производства подобных MOSFET по сравнению с технологией DirectFET 2.0, но лишило транзисторы типа L1 статуса автомобильных компонентов. Сейчас транзисторы типа L1 производятся на напряжения 40 В, 60 В и 100 В.

Представители обоих типов транзисторов и их основные характеристики представлены в таблице 2.

Таблица 2. Транзисторы DirectFET™ в корпусах L-Can

Наименование Vdss, В Сопротивление канала Rds(on), мОм Ток Id при 25°С, А Заряд затвора Qg, нКл Корпус
IRF7739L1TRPBF 40 1 270 220 L8
IRF7739L2TRPBF 40 1 270 220
IRF7749L1TRPBF 60 1,5 200 200
IRF7748L1TRPBF 60 2,2 138 148
IRF7759L2TRPBF 75 2,3 160 200
IRF7769L1TRPBF 100 3,5 125 200
IRF7769L2TRPBF 100 3,5 125 200
IRF7779L2TRPBF 150 11 67 97

Высоковольтные планарные MOSFET

Одним из самых ожидаемых и важных событий рынка электронных компонентов 2014 года является возврат компанией International Rectifier своих прав на производство высоковольтных планарных транзисторов. В 2007 году эта технология (вместе с технологиями производства дискретных диодов и IGBT-модулей) была продана компании Vishay. 1 апреля 2014 г. договор в отношении высоковольтных MOSFET прекратил свое действие, и компания IR начала восстанавливать производство высоковольтных линеек, начав с «классических», ставших уже легендарными, моделей MOSFET на напряжение 500 В. Хотя в последние годы для изготовления высоковольтных MOSFET применяются конструктивно-технологические решения, основанные на технологии Superjunction, при возобновлении производства этих транзисторов специалисты International Rectifier решили сохранить их классическую планарную конструкцию.

Ее привлекательность заключается в отлаженности технологии производства и высокой надежности, подтвержденной многолетним, поистине огромным, опытом успешного применения этих MOSFET по всему миру. И по сей день планарные транзисторы успешно применяются в промышленных системах, подверженных постоянным электрическим стрессовым воздействиям, стойкость к которым у планарных решений значительно выше, чем у более поздних структур Superjunction и CoolMOS.

Высоковольтные транзисторы будут выпускаться как по полностью классической технологии (поколение 3.0), так и в модифицированном варианте, в котором учтены новые возможности оборудования (поколение 3.5), появившиеся за время, прошедшее после разработки оригинальных MOSFET 500 В. Улучшенная технология позволяет повысить электрическую прочность затвора (напряжение UЗИ макс увеличено с ±20 В до ±30 В) и дает приблизительно двукратный выигрыш по величине заряда, протекающего в цепи затвора при переключении MOSFET. Еще одним важным доводом в пользу планарных высоковольтных MOSFET по сравнению с Superjunction-транзисторами является простота технологических процессов и, соответственно, более выгодная цена. Для многих сегментов рынка в таких странах, как Китай, Индия, ЮАР, Россия критерий цены является одним из ключевых факторов выбора, работающим в пользу приборов планарной конструкции.

В таблице 3 представлены основные характеристики пятисотвольтовых моделей MOSFET, массовое производство которых International Rectifier планирует запустить в 2014…2015 годах.

Таблица 3. Основные параметры MOSFET 500 В производства компании IR

Наименование Поколение Корпус Rds(on) макс. при Vgs=10 В, Ом Id при 25°С, А Vgs макс., В Qg макс., нКл Qrr тип., нКл Начало поставок
образцов серийно
IRFP22N50APBF 3.5 TO-247AC 0,23 22 30 120 6100 4 квартал 2014 1 квартал 2015
IRFP460PBF 3.0 TO-247AC 0,27 20 20 210 5700 Уже 4 квартал 2014
IRFP460APBF 3.5 TO-247AC 0,27 20 30 105 5000 4 квартал 2014 1 квартал 2015
IRFP450PBF 3.0 TO-247AC 0,4 14 20 150 4800 Уже 4 квартал 2014
IRFPS37N50APBF 3.5 SUPER-247 0,13 36 30 180 8600 4 квартал 2014 1 квартал 2015
IRFB11N50APBF 3.5 TO-220AB 0,52 11 30 52 3400 4 квартал 2014 1 квартал 2015
IRF840PBF 3.0 TO-220AB 0,85 8 20 63 4200 Уже 4 квартал 2014
IRF840APBF 3.5 TO-220AB 0,85 8 30 38 2160 4 квартал 2014 1 квартал 2015
IRF830PBF 3.0 TO-220AB 1,5 4,5 20 38 1000 Уже 1 квартал 2015
IRF830APBF 3.5 TO-220AB 1,4 5 30 24 1620 4 квартал 2014 1 квартал 2015
IRF820PBF 3.0 TO-220AB 3 2,6 20 24 700 Уже 4 квартал 2014
IRFR420TRPBF 3.0 D-PAK 3 2,4 20 19 700 4 квартал 2014 1 квартал 2015

Основные области применения этих транзисторов:

  • электронные балласты люминесцентных ламп;
  • электронные корректоры коэффициента мощности;
  • обратноходовые преобразователи в составе импульсных источников питания от сети переменного тока;
  • системы электропривода;
  • счетчики электроэнергии.

Заключение

Наиболее значимым событием 2014 года является возобновление после семилетнего перерыва массового производства высоковольтных транзисторов.

Сочетание традиционно высокого качества MOSFET, производимых компанией International Rectifier, широкого ассортимента продукции, привлекательных цен и постоянное совершенствование технологий производства делает IR одним из лидеров мирового рынка MOSFET.

Литература

  1. Автушенко К., Попов А., Попов С. FastIRFETs и PowerBlocks – новые решения International Rectifier для высокоэффективных синхронных POL-преобразователей//Новости электроники №10/2013, с. 30…33.
  2. Автушенко К. Дорогу молодым! – новые семейства силовых транзисторов от International Rectifier//Новости электроники №5/2013, с. 5…9.
  3. Никитин А. Преимущества транзисторов в корпусах DirectFET//Новости электроники №7/2010, с. 25…28.
  4. Автушенко К. Особенности монтажа силовых транзисторов IR в корпусах DirectFET//Компоненты и технологии №8/2013/ с. 113…116.

Получение технической информации, заказ образцов, заказ и доставка.

 

IRG7PK35UD1 – первый 1400 В IGBT от компании IR

Компания International Rectifier представила рынку свой первый IGBT 1400 В транзистор с рабочей частотой до 30 кГц, оптимизированный для систем с режимом мягкой коммутации силовых цепей.

Транзистор IRG7PK35UD1 объединяет в одном корпусе кристалл IGBT седьмого поколения, изготовленный по Trench-технологии на тонких пластинах и обладающий сверхнизким значением Vce(on), и кристалл быстрого диода со сверхнизким (1,2 В) прямым падением напряжения. Такая конструкция обеспечивает ультрабыстрое (с частотой до 30 кГц) переключение транзистора и сверхмалые значения потерь проводимости и коммутации, что позволяет достичь более высокого КПД системы.

Расширенный диапазон рабочего напряжения (1400 В) позволяет проектировать более мощные источники питания с параллельным резонансом и обеспечивает дополнительную защиту в приложениях с жесткими условиями эксплуатации. Транзистор обеспечивает рабочий ток до 40 А и способен выдерживать токовые импульсы амплитудой 200 А.

IRG7PK35UD1 расширяет семейство IGBT-транзисторов от IR®, предназначенных для работы в режиме мягкой коммутации, до 1400 В и увеличивает выходную мощность систем индукционного нагрева и резонансных источников питания.

 

IRAM630-1562F – 3-фазный мост с ККМ от IR в одном корпусе

Компания International Rectifier выпустила на рынок новый интеллектуальный модуль IRAM630-1562F, представляющий собой трехфазный инвертор, снабженный каскадом ККМ. Новый модуль упрощает разработку и уменьшает габариты систем электропривода бытовых и промышленных двигателей средней мощности. Модуль отлично подходит для использования в кондиционерах, вентиляционных и насосных системах, а также промышленных системах иного назначения.

Модуль IRAM630-1562F содержит в себе трехфазный мост, построенный с применением высокоэффективных IGBT и высоковольтного трехфазного драйвера, а также входной каскад корректора мощности (ККМ). Таким образом, модуль объединяет более 30 компонентов в одном компактном изолированном корпусе. Встроенные функции защиты от пониженного напряжения питания, контроля температуры и защиты по выходному току обеспечивают модулю высокий уровень надежности и защиты от сбоев в работе. Другие интегрированные функции, такие как встроенный диод вольтодобавки (для управления верхними ключами) и однополярное питание упрощают разработку конечного устройства и снижают его стоимость.

Силовой мост модуля IRAM630-1562F выполнен по схеме открытого эмиттера, что позволяет использовать внешний токовый шунт в каждой фазе и организовать сложное векторное управление двигателем без ограничений по топологии печатной платы. Система температурной защиты отключает модуль в случае перегрева, предотвращая тем самым его тепловое повреждение. Благодаря уменьшенной длине цепей связи, оптимизированной топологии модуля и его внутреннему экранированию, электромагнитное излучение модуля минимально. Максимальное рабочее напряжение модуля составляет 600 В, а ток может достигать 15 А, что позволяет спроектировать системы мощностью до 2 кВт.

Наши информационные каналы

Теги:
Рубрики: