650-вольтовые гибридные IGBT с диодами CoolSiC для преобразователей с высоким КПД

Компания Infineon решила объединить несколько передовых технологий производства силовых полупроводниковых приборов и разработала новое семейство 650-вольтовых гибридных IGBT Hybrid CoolSiC, содержащих в одном корпусе кремниевые IGBT, изготовленные по технологии TRENCHSTOP 5, и карбид-кремниевые диоды Шоттки, изготовленные по технологии CoolSiC.

Замена традиционных кремниевых диодов с p-n переходом на карбид-кремниевые диоды Шоттки позволяет значительно уменьшить величину всех видов потерь, возникающих при импульсном преобразовании электрической энергии, особенно в режимах с жестким переключением силовых полупроводниковых элементов. Поэтому даже простая замена существующих IGBT TRENCHSTOP 5 с кремниевыми диодами на приборы семейства Hybrid CoolSiC позволит увеличить КПД существующего преобразователя на 0,1% на каждые 10 кГц частоты переключений силовых транзисторов. То есть, если в существующем преобразователе, работающем на частоте 23 кГц, заменить IGBT TRENCHSTOP 5 на IGBT Hybrid CoolSiC, то его КПД увеличится приблизительно на 0,23%.

Дополнительно увеличить КПД можно путем использования приборов в 4-выводных корпусах TO-247-4, обеспечивающих более жесткую связь c драйвером за счет подключения его к кристаллу в точке Кельвина. Это уменьшает величину паразитной индуктивности в цепи эмиттера и, соответственно, обеспечивает более быстрое переключение IGBT.

Ключевыми особенностями IGBT семейства Hybrid CoolSiC являются:

• сверхнизкие динамические потери за счет сочетания технологий TRENCHSTOP 5 и CoolSiC;
• сверхнизкие статические потери;
• наибольшая эффективность при использовании в схемах с жесткой коммутацией силовых элементов;
• возможность простого параллельного соединения нескольких приборов без применения дополнительных схем для выравнивания тока.
• Использование транзисторов Hybrid CoolSiC позволяет увеличить КПД и удельную мощность конечного приложения, а также упростить требования к его охлаждению. Кроме этого, характеристики IGBT Hybrid CoolSiC позволяют заменить IGBT с кремниевыми диодами на новые приборы без каких-либо дополнительных переделок.

Дополнительными преимуществами семейства Hybrid CoolSiC являются:

• развитый модельный ряд, включающий приборы с максимальным током от 40 до 75 А (таблица 1);
• наличие приборов в двух типах корпусов: традиционном трехвыводном TO-247-3 и четырехвыводном TO-247-4 с отдельным выводом эмиттера, соединенным с точкой Кельвина;
• наличие приборов, содержащих диоды с максимально допустимым током, равным как максимально допустимому току IGBT, так и половине его значения, что позволяет уменьшить стоимость приложений, в которых антипараллельные диоды IGBT не предназначены для протекания токов большой величины.

Основной областью применения транзисторов семейства Hybrid CoolSiC являются мощные высоковольтные преобразователи электрической энергии (рисунок 1) для промышленных и энергетических приложений, в числе которых:

• источники бесперебойного питания;
• системы хранения энергии;
• инверторы солнечных и ветряных электростанций;
• промышленные источники питания;
• зарядные станции для электромобилей.

Рис. 1. Пример использования транзисторов семейства Hybrid CoolSiC

Таблица 1.  Состав семейства Hybrid CoolSiC

Источник: www.compel.ru