Журнал "Новости Электроники", номер 2, 2009 год.

Журнал "Новости Электроники", номер 2, 2009 год.Обзор MOSFET и IGBT компании STMicroelectronicsПавел Ильин (КОМПЭЛ), Николай Алимов Мощные транзисторы MOSFET и IGBT являются в буквальном смысле ╚ключевыми╩ элементами современной силовой электроники. Они незаменимы в приложениях, где требуется быстрая коммутация больших токов и напряжений. Охватывая близкие области применения, эти транзисторы позволяют разработчику сделать выбор в пользу MOSFET- или IGBT-технологии, в зависимости от режимов работы схемы. В статье рассмотрены типы MOSFET и IGBT, выпускаемых STMicroelectronics.

Принцип работы полевого МОП-транзистора MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) основан на дрейфе основных носителей заряда через проводящий слой - канал, в результате действия перпендикулярного току электрического поля. В зависимости от того, какой тип носителей заряда является в транзисторе основным, различают каналы р-типа и n-типа.

Некоторые MOSFET-транзисторы p-типа от STMicroelectronics представлены в таблице 1, n-типа - в таблице 2.

Таблица 1. P-канальные MOSFET 

Наименование V(BR) CES, В IC (cont), А @25°C RDS(on),Ом STS3PM150N -150 -2,5 0,24 STB16PF06LT4 -60 -16 0,16 STx12PF06 -12 0,2 STx10PF06 -10 0,2 STN3PF06 -2,5 0,2 STT2PF60L -2 0,3 STx80PF55 -55 -80 0,018 STS7PF30L -30 -7 0,021 STD30PF03LT4 -24 0,028 STS6PF30L -6 0,03 STS8C5H30L -4 0,055 STS4DPF30L -4 0,055 STS5PF30L -5 0,055 STS4PF30L -3,4 0,14 STT3PF30L -3 0,165 STS4DPF20L -20 -4 0,055 STT4PF20V -4 0,11 STS5PF20V -5 0,08 STS2DPFS20V -2 0,2 STT5PF20V -5 0,08 STN5PF02V -5 0,08 Примечание: RDS(on) указывается для напряжения затвор-исток = 10 В (4,5 В для серии LL; 2,7 В для серии V); Вместо x подставляется буква соответствующего типа корпуса (рисунок 2).

Таблица 2. N-канальные MOSFET 

Наименование V(BR) CES, В IC (cont), А @25°C RDS(on),Ом STV160NF02LT4 20 160 0,0025 STS5DNF20V 5 0,045 STS6NF20V 6 0,045 STx150NH02L 24 150 0,0035 STP130NH02L 90 0,0044 STD100NH02LT4 60 0,00480 STx95NH02L 80 0,005 STx90N02L 60 0,006 STx70N02L 60 0,008 STD50NH02LT4 50 0,0105 STx55NH2LL 40 0,0135 STD38NH02LT4 38 0,0135 STD36NH02L 36 0,0165 STK822 25 38 0,002 STx95N2LH5 80 0,0042 STK820 80 0,0065 STW200NF03 30 120 0,0028 STV300NH03L 300 0,0015 STB300NH02L 120 0,0018 STP300NH02L 120 0,0022 STV160NF03LT4 160 0,0028 STB70NF3LLT4 70 0,012 STB70NF03LT4 70 0,0095 STx50N03L 50 0,01 STS11NF30L 11 0,0105 STP75NS04Z 33 80 0,011 STP62NS04Z 62 0,015 STx270N4F3 40 120 0,0029 STB200NF04L 120 0,0035 STx200NF04 120 0,0037 STS15N4LLF3 50 15 0,007 STSJ80N4LLF3 80 0,007 STx90N4F3 80 0,0065 STV200N55F3 55 150 0,0025 STB180N55F3 120 0,0035 STP180N55F3 120 0,0038 STx60N55F3 65 0,0085 STB60N55F3 65 0,0105 STx60NF55L 60 0,015 STP80NF06 60 80 0,008 STP60NF06L 60 0,014 STx60NF06 60 0,016 STP60NF06FP 37 0,016 STx16NF06 16 0,1 2N7000 0,35 5 2N7002 0,25 5 STB160N75F3 75 120 0,0037 STx160N75F3 120 0,004 STx140NF75 120 0,0075 STE250NS10 100 200 0,0055 STE180NE10 180 0,006 STx120NF10 120 0,0105 STx40NF10L 40 0,033 STD6NF10T4 6 0,25 STN1NF10 1 0,8 STP80NF12 120 80 0,018 STP40NF12 40 0,032 STx14NF12 14 0,18 STB40NS15T4 150 40 0,052 STS5N15M3* 4,5 0,057 STx25N15M3* 25 0,057 STx110NS20FD 200 110 0,024 STx75NF20 75 0,034 STD5N20LT4 5 0,7 STW52NK25Z 250 52 0,045 STB50N25M3 40 0,065 STx50NF25 45 0,069 STW54NK30Z 300 54 0,06 STP30NM30N 30 0,09 STP12NK30Z 9 0,4 STx17NK40Z 400 15 0,25 STx11NK40Z 9 0,55 STx7NK40Z 6 1 STD2NC45-1 450 1,5 4,5 STQ1NC45R-AP 0,5 4,5 STS1DNC45 0,4 4,5 STE70NM50 500 70 0,05 STY60NM50 60 0,05 STE53NC50 53 0,08 STQ3NK50ZR-AP 0,5 3,3 STE70NM60 600 70 0,055 STY60NM60 60 0,055 STN1NK60Z 0,3 15 STx20NM65N 650 19 0,190 STx15NM65N 12,5 0,27 STx11NM65N 11 0,38 STW20NK70Z 700 19 0,3 STx10NK70Z 8 0,85 STx2NK70Z 1,6 7 STE45NK80ZD 800 45 0,13 STW18NK80Z 17 0,38 STx11NM80 11 0,4 STE40NK90ZD 900 40 0,17 STE30NK90Z 30 0,3 STY30NK90Z 26 0,3 STW13NK100Z 1000 12 0,7 STW11NK100Z 10,5 1,38 STx8NK100Z 6,3 2 STP5N120 1200 4,4 3,5 STx1N120 0,5 38 STW9N150 1500 8 2,7 STx4N150 4 7 STx3N150 2,5 12

Использование различных технологий изготовления позволяет охватить большой диапазон напряжений, токов, быстродействий и выбрать MOSFET с наиболее выгодными параметрами. По технологии STripFETTM изготавливаются транзисторы с очень малым сопротивлением в открытом состоянии (порядка нескольких миллиом), что позволяет при относительно небольших размерах коммутировать токи свыше 100 А. Технология PowerMeshTM ставит акцент на высокое быстродействие и малый заряд затвора, что необходимо для создания импульсных источников питания, сварочных инверторов, ИБП и высокочастотных электроприводов. MDmeshTM-технология сочетает в MOSFET-полупроводнике высокое быстродействие и небольшое сопротивление открытого состояния. Высоковольтные транзисторы линеек изготавливаются по технологии SuperMeshTM.

Способ кодирования наименования MOSFET представлен на рисунке 1

 

 

Рис. 1. Кодирование наименования MOSFET

Биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT) - является продуктом развития технологии силовых транзисторов MOSFET и сочетает в себе два транзистора в одной полупроводниковой структуре: биполярный (образующий силовой канал) и полевой (образующий канал управления). Сочетание двух приборов в одной структуре позволило объединить достоинства полевых и биполярных транзисторов: высокое входное сопротивление с высокой токовой нагрузкой и малым сопротивлением во включенном состоянии.

Для IGBT с номинальным напряжением в диапазоне 600...1200 В в полностью включенном состоянии прямое падение напряжения, так же как и для биполярных транзисторов, находится в диапазоне 1,5...3,5 В. Это значительно меньше, чем характерное падение напряжения на силовых MOSFET в проводящем состоянии с такими же номинальными напряжениями.

С другой стороны, MOSFET c номинальными напряжениями 200 В и меньше имеют более низкое значение напряжения во включенном состоянии, чем IGBT, и остаются непревзойденными в этом отношении в области низких рабочих напряжений и коммутируемых токов до 50 А.

По быстродействию IGBT уступают MOSFET, но значительно превосходят биполярные. Типичные значения времени рассасывания накопленного заряда и спадания тока при выключении IGBT находятся в диапазонах 0,2...0,4 и 0,2...1,5 мкс, соответственно.

IGBT компании STMicroelectronics, по ведущему параметру можно разделить на несколько больших групп:

IGBT с малым падением напряжения представлены в таблице 3. Отличная проводимость в режиме насыщения снижает тепловыделение транзисторов и позволяет применять их в сильноточных приложениях, таких как низкочастотные электроприводы (до 1 кГц), диммеры освещения, драйверы газоразрядных ламп и сварочное оборудование.

Таблица 3. IGBT с малым падением напряжения

Наименование V(BR) CES, В IC (cont), А @100°C VCE(sat) typ, В Корпус STGB3NB60SDT4 600 3 1,15 D2PAK STGD3NB60SDT4 3 1,15 DPAK STGD3NB60SD-1 3 1,15 IPAK STGF7NB60SL 7 1,10 TO-220FP STGD7NB60SL 10 1,10 DPAK STGP10NB60SFP 7 1,15 TO-220FP STGD7NB60ST4 10 1,10 DPAK STGB10NB60ST4 10 1,25 D2PAK STGP10NB60S 10 1,25 TO-220 STGF20NB60S 13 0,95 TO-220FP STGW35NB60SD 35 0,95 TO-247 STGE200NB60S 150 1,20 ISOTOP STGD5NB120SZT4 1200 5 1,25 DPAK STGD5NB120SZ-1 5 1,25 IPAK Примечание: FSW (MAX) = 1 кГц F = 1 кГц

STMicroelectronics также предлагает новое поколение IGBT, разработанных с применением технологии PowerMeshTM, с успехом используемой в MOSFET-транзисторах. Основные преимущества новых IGBT-транзисторов: снижено VCE(sat) (напряжение насыщения КЭ), увеличен IC (ток коллектора), возросла скорость переключения. Семейство IGBT-транзисторов с низким напряжением насыщения можно идентифицировать по суффиксу «S» в наименовании.

Расширение диапазона рабочих частот ШИМ ведет к росту динамических потерь. Применение быстродействующих IGBT (таблица 4) для приложений, требующих более высокой скорости переключений (до 100 кГц), например, высокочастотных инверторов, импульсных источников питания и корректоров коэффициента мощности (в том числе с резонансной топологией), источников бесперебойного питания, электроприводов, позволяет минимизировать динамические потери и снизить тепловыделение.

Таблица 4. Быстродействующие IGBT

Наименование FSW (MAX), кГц V(BR) CES, В IC (cont), А @100°C VCE(sat) typ, В Корпус STGD10NC60SD 10 600 10 1,3 DPAK STGP19NC60S 20 1,3 TO-220 STGP30NC60S 30 1,3 TO-220 STGF6NC60HD 50 3 1,75 TO-220FP STGF10NC60HD 6 1,75 TO-220FP STGF7NC60HD 7 1,75 TO-220FP STGF19NC60HD 10 1,75 TO-220FP STGB10NC60HD 10 1,75 D2PAK STGP10NC60HD 10 1,75 TO-220 STGD7NC60HT4 14 1,75 DPAK STGP7NC60H 14 1,75 TO-220 STGB19NC60HD 19 1,75 D2PAK STGP19NC60H 19 1,75 TO-220 STGY40NC60VD 50 1,75 Max247 STGE50NC60VD 50 1,75 ISOTOP STGJ50NC60VD 50 1,75 TO-264 STGF3NC120HD 1200 3 2,30 TO-220FP STGFL6NC60D 100 600 3 2,10 TO-220FP STGDL6NC60D 6 2,10 DPAK STGBL6NC60D 6 2,10 D2PAK STGPL6NC60D 6 2,10 TO-220 STGF19NC60WD 7 2,0 TO-220FP STGP19NC60WD 19 2,0 TO-220 STGW19NC60W 19 2,0 TO-247 STGP30NC60W 30 1,90 TO-220 STGW30NC60W 30 1,90 TO-247 STGW50NC60W 55 1,90 TO-247 STGY50NC60WD 55 1,90 Max247 STGE50NC60W 55 1,90 ISOTOP STGJ50NC60W 55 1,90 TO-264

Для работы в режиме тяжелого переключения (при большом токе и высоком напряжении одновременно), в схемах импульсных источников питания и корректоров коэффициента мощности с резонансной топологией, для высокочастотных приводов электродвигателя хорошо применима серия «К» - IGBT, устойчивые к короткому замыканию длительностью до 10 мкс (таблица 5).

Таблица 5. IGBT, устойчивые к короткому замыканию

Наименование V(BR) CES, В IC (cont), А @100°C VCE(sat) typ, В Корпус STGF8NC60KD 600 4 1,90 TO220-FP STGD8NC60KT4 8 1,90 DPAK STGB8NC60KDT4 8 1,90 D2PAK STGP8NC60KD 8 1,90 TO-220 STGF10NC60KD 6 2,0 TO-220FP STGD10NC60KDT4 10 2,0 DPAK STGB10NC60KT4 10 2,0 D2PAK STGP10NC60K 10 2,0 TO-220 STGF14NC60KD 7 1,85 TO-220FP STGD14NC60KT4 14 1,85 DPAK STGB14NC60KT4 14 1,85 D2PAK STGP14NC60KD 14 1,85 TO-220 STGF19NC60KD 10 1,85 TO-220FP STGB19NC60KD 19 1,85 D2PAK STGP19NC60K 19 1,85 TO-220 STGB30NC60K 30 1,85 D2PAK STGP30NC60K 30 1,85 TO-220 STGW30NC60KD 30 1,85 TO-247 STGW40NC60KD 40 1,85 TO-247 STGW30NC120KD 1200 30 2,10 TO-247 Примечание: FSW (MAX) = 50 кГц F = 50 кГцСпособ кодирования наименования IGBT представлен на рисунке 2.

 

 

Рис. 2. Кодирование наименования IGBT

 В заключение хочется отметить, что широкая номенклатура MOSFET и IGBT, выпускаемых STMicroelectronics, охватывает практически все области применения коммутационных полупроводников. Более детальную информацию по номенклатуре и параметрам MOSFET и IGBT можно найти на сайте  в разделе Products/Transistors.

Получение технической информации, заказ образцов, поставка - e-mail: Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript

Вернуться к содержанию номера







Рекомендуемый контент




Copyright © 2010-2017 housea.ru. Контакты: info@housea.ru При использовании материалов веб-сайта Домашнее Радио, гиперссылка на источник обязательна.