Infineon выпустила дискретные транзисторы, в которых кремниевый IGBT соседствует в одном корпусе с карбид-кремниевым диодом Шоттки. Такая связка закрывает разрыв между привычными кремниевыми решениями и дорогими схемами на SiC MOSFET.
Компания Infineon Technologies AG представила линейку CoolSiC™ Hybrid IGBT в дискретном исполнении с блокирующим напряжением 650 В. В основе — технология IGBT TRENCHSTOP™ 5 на 650 В, дополненная униполярной структурой размещённого в том же корпусе диода Шоттки CoolSiC.
Повышенные рабочие частоты и сниженные потери на переключение делают приборы удобными прежде всего для преобразователей постоянного напряжения (DC-DC) и корректоров коэффициента мощности (PFC). Типичные области, где встречаются такие узлы:
инфраструктура зарядки аккумуляторов;
системы накопления энергии;
инверторы для фотоэлектрических установок;
источники бесперебойного питания (UPS);
импульсные источники питания (SMPS) для серверов и телекоммуникационного оборудования.
Почему гибридная связка выигрывает у чисто кремниевой
Роль обратного (возвратного) диода здесь играет SiC-диод Шоттки, собранный в одном корпусе с кристаллом IGBT. Именно за счёт этого гибридные приборы заметно снижают потери на переключение, при этом значения dv/dt и di/dt остаются практически прежними — то есть характер фронтов, на который в схеме завязаны и драйвер, и электромагнитная обстановка, не перестраивается.
В сравнении с решением на обычном кремниевом диоде заявлено уменьшение энергии включения Eon до 60 % и энергии выключения Eoff — до 30 %.
Физика эффекта в униполярной природе диода Шоттки: у него нет накопленного заряда неосновных носителей, поэтому диод переключается быстро, без выраженных паразитных колебаний и без риска паразитного открывания транзистора. Побочный, но важный для разработчика результат — по сравнению с чисто кремниевыми схемами гибридные IGBT улучшают электромагнитную совместимость и надёжность системы в целом.
Потери можно обменять на частоту
Выигрыш по потерям допустимо потратить иначе — не на снижение нагрева, а на рост рабочей частоты. При неизменных требованиях к выходной мощности частоту переключения можно поднять как минимум на 40 %. Более высокая частота означает меньшие габариты пассивных компонентов — дросселей и конденсаторов, — а значит и более дешёвую спецификацию изделия.
Отдельно отмечена совместимость по применению: гибридные приборы ставятся вместо TRENCHSTOP 5 как прямая замена, без переработки схемы. Прирост КПД при этом составляет 0,1 % на каждые 10 кГц частоты переключения.
Корпуса: TO-247-3 и вариант с выводом Кельвина
Заказчику предложены два исполнения — TO-247-3 и четырёхвыводной TO-247-4 с кельвиновским эмиттером. Четвёртый вывод формирует отдельный контур управления затвор-эмиттер со сверхнизкой индуктивностью: силовой ток через него не течёт, поэтому падение напряжения на паразитной индуктивности не вычитается из управляющего сигнала. Итог — дополнительное снижение суммарных потерь на переключение.
Состав линейки и доступность
Дискретная серия продолжает линию ранее выпущенных модулей CoolSiC Hybrid IGBT в корпусах EasyPACK™ 1B и 2B, где кристалл IGBT так же соседствует с диодом Шоттки CoolSiC. Дискретные приборы уже доступны для заказа.
В портфель входят IGBT TRENCHSTOP 5 на 650 В с токами 40 А, 50 А и 75 А в двух комбинациях:
сверхбыстрые транзисторы серии H5 с диодами CoolSiC Gen 6 на половинный ток;
транзисторы средней скорости серии S5 с диодами CoolSiC Gen 6 на полный ток.
