Tranzistoare şi module de putere International Rectifier

5 SEPTEMBRIE 2012

Firma International Rectifier (IR) este unul dintre liderii mondiali pe piaţa de semiconductoare utilizate în sistemele de prelucrare a energiei – de la

circuitele integrate digitale, analogice şi mixte până la componentele discrete avansate. Subansamblurile IR sunt folosite de cei mai cunoscuţi producători de computere, aparate electrocasnice, autovehicule, electronică de uz general şi echipamente militare, îmbunătăţind în mod constant calitatea, caracteristicile de utilizare şi eficienţa produselor acestora. Unul dintre cele mai importante produse ale acestei firme îl reprezintă tranzistoarele de putere care, în pofida lungii lor istorii, sunt în continuare componente de bază şi cu o dezvoltare dinamică în electronica actuală.

Tranzistoare MOSFET

Tranzistoarele de putere MOSFET sunt produse standard ale International Rectifier. Dezvoltând tehnologia acestora de peste 30 de ani, firma a devenit unul dintre liderii incontestabili în acest domeniu, obţinând o serie de brevete, atât în ceea ce priveşte realizarea structurilor tranzistoarelor semiconductoare, cât şi carcasele inovatoare care asigură o evacuare eficientă a căldurii şi minimizarea capacităţii şi inductanţei parazite. Tranzistoarele din gama HEXFET a firmei se deosebesc prin dimensiunile relativ mici, o rezistenţă mică în starea activă şi o sarcină mică a porţii, ceea ce asigură minimizarea pierderilor de putere în starea de conducţie şi de comutare şi o frecvenţă crescută de lucru, care permite atingerea unei densităţi record a elementelor incluse şi a unei mari eficienţe a echipamentelor în care sunt montate.

Figura 1: Marea majoritate a tranzistoarelor MOSFET International Rectifier sunt oferite în carcase binecunoscute, care se deosebesc prin dimensiunile relativ mici, costurile reduse şi montarea uşoară.

Tranzistoarele HEXFET, ca elemente universale, sunt utilizate pe scară largă în toate tipurile de sisteme de prelucrare a energiei, inclusiv în convertoare DC/DC, surse de alimentare în comutaţie, sisteme UPS, precum şi în amplificatoare audio, circuite de acţionare şi comandă a motoarelor electrice şi în alte mutatoare şi inversoare de pu­tere. Astfel, pot fi găsite în orice tip de aplicaţii profesionale şi de uz general, în echipamentele industriale, de telecomunicaţii şi pe bază de computere, radio-tv şi aparatură electrocasnică, precum şi în echipamentele auto şi militare.
International Rectifier oferă toate tipurile de tranzistoare de putere MOSFET: atât cele care constituie partea principală a ofertei de tranzistoare cu canal tip N, precum şi tranzistoare MOSFET cu canal tip P. Firma are în ofertă tranzistoare discrete, dar şi cu diodă Schottky integrată, precum şi perechi de tranzistoare integrate într-o singură carcasă: 2×N, 2×P şi P/N. Astfel, oferta cuprinde câteva sute de tipuri cu curenţi continui de drenă care merg de la fracţiuni de amper până la 200 – 400A şi tensiuni maxime drenă-sursă care ating câteva sute de volţi. Însă cel mai adesea aceşti parametri sunt cuprinşi într-un interval de la câţiva la câteva zeci de amperi şi între 20 şi 200V. Rezistenţa de drenă, în funcţie de mărimea şi de tehnologia tranzistorului, merge de la circa unul la câteva sute de mΩ (în mod standard de la câteva la câteva zeci de mΩ), iar frecvenţa de comutare depăşeşte 1 MHz.

Figura 2: International Rectifier este un maestru al exploatării posibilităţilor carcaselor standard ale tranzistoarelor, cum ar fi SOT-23, obţinând eficienţe record ale structurilor aflate în acestea.

Un aspect foarte important în cazul tranzistoarelor de putere îl constituie tehnologia carcaselor, deoarece, foarte frecvent, posibilităţile carcasei reprezintă un factor fundamentul de limi­tare a eficienţei structurii semiconductoare folosite. Marea majoritate a tranzistoarelor MOSFET International Rectifier sunt oferite în carcasele binecunoscute folosite în mod curent pentru celelalte tranzistoare şi circuite integrate, care se deosebesc prin dimensiunile relativ mici, costurile reduse şi montarea uşoară.
Există şi carcase pentru montarea prin tehnologia de găurire, cum sunt diferitele variante TO-220, TO-262, I-Pak sau TO-247, precum şi carcase SMD, de exemplu D-Pak, D2-Pak, TSOP, TSSOP, SO SOT-23 sau SOT-223. Bineînţeles, tipurile şi dimensiunile carcaselor utilizate sunt adecvate curenţilor şi tensiunilor de lucru ale tranzistoarelor, iar aici merită subliniat faptul că IR este un maestru al exploatării posibilităţilor acestor carcase, obţinând eficienţe record ale structurilor aflate în acestea.

Figura 3: Una dintre metodele de creştere a curentului de drenă al tranzistorului fără o creştere excesivă a dimensiunilor acestuia constă în utilizarea unui număr mai mare de terminale – un exemplu în acest sens sunt carcasele cu 7 terminale D2-Pak.

Un bun exemplu în acest sens este tranzistorul IRFB4127PBF în carcasă standard TO220AB, cu tensiunea de străpungere drenă – sursă de 200V şi un curent continuu maxim de drenă (la TC = 25°C) de 76A, precum şi tranzistorul oferit în aceeaşi carcasă IRLB3813PBF, având parametrii de 30V, respectiv 260A. De asemenea, tranzistoarele IRFP4668PBF (parametri de 200V, res­pectiv 130A), IRFP4004PBF (40V, 195A) în carcase mai mari TO247AC, IRFS4127PBF (200V, 76A) şi IRLS3034PBF (40V, 195A) în carcase D2-Pak pentru montare pe suprafaţă.
În cazurile în care posibilităţile carcasei standard sunt insuficiente, sunt necesare inovaţii, iar IR se află şi în acest domeniu printre lideri. Prima direcţie de dezvoltare în cadrul firmei constă în modificarea circuitelor existente, în principal pentru reducerea rezistenţei terminalelor şi îmbună­tăţirea eficienţei de evacuare a căldurii. Una dintre metode este creşterea numărului de terminale, iar un exemplu în acest sens este D2-Pak-7 cu 7 terminale. Această intervenţie permite obţinerea unor curenţi de drenă cu mult mai mari, fără creşterea excesivă a dimensiunilor carcasei.

Figura 4: Firma utilizează tot mai adesea diferite dimensiuni ale carcasei PQFN cu un raport foarte bun între curent şi suprafaţa ocupată – aici o carcasă PQFN cu dimensiuni de doar 2×2 mm, care permite obţinerea unor curenţi de drenă de ordinul a câtorva zeci de amperi.

Figura 5: Carcasele DirectFET brevetate de International Rectifier asigură rezistenţe şi inductanţe foarte mici ale terminalelor şi o evacuare foarte bună a căldurii, datorită răcirii bilaterale.

De exemplu, tranzistorul IRLS3034-7PPBF în carcasă D2-Pak-7 este caracterizat de un curent maxim de drenă (limitat de posibilităţile carcasei) de 240A, aşadar cu 45A mai mare decât omologul său aflat într-o carcasă standard cu 3 terminale.
O altă metodă constă în mărirea porţii terminalelor. Astfel, au fost brevetate de către IR dezvoltări ale carcaselor standard ale tranzistoarelor – Super-220 (TO-273AA) şi Super-247 (TO-274AA) – care asigură o evacuare mai bună a căldurii şi permit obţinerea unor curenţi mai mari decât în cazul tranzistoarelor comparabile montate în carcase TO-220 şi TO-247. De exemplu, tranzistorul IRFBA1404PPBF în carcasă Super-220 este caracterizat de o tensiune de străpungere drenă-sursă de 40V şi un curent continuu maxim de drenă (la TC = 25°C) de 206A, iar tranzistorul IRFPS3810PBF (carcasă Super-247) atinge parametri de 100V, respectiv 170A.
Tendinţa continuă de îmbunătăţire a unor parametri adesea opuşi, cum sunt dimensiunile mini­me, curentul maxim de drenă, pierderile cât mai mici de putere în stare de conducţie şi comutare şi frecvenţele cât mai mari de comutare, a dus la necesitatea de utilizare a unor carcase complet noi pentru montarea pe suprafaţă, care să asigure o şi mai bună eficienţă a evacuării căldurii din structura semiconductoare, o rezistenţă mai mică a terminalelor şi capacităţi şi inductanţe parazite mai mici. Tot mai adesea sunt folosite diferite dimensiuni ale carcasei PQFN, cu un raport foarte bun între curent şi suprafaţa ocupată, precum şi carcasele DirectFET brevetate de IR, care asigură inductanţe foarte mici ale terminalelor şi o evacuare foarte bună a căldurii, datorită răcirii bilaterale.
Exemplificări ale posibilităţilor oferite de aceste carcase sunt tranzistoarele IRFH5004PBF în carcasă PQFN 5mm × 6mm (40V, 100A), IRFH3702PBF în carcasă PQFN 3mm × 3mm (30V, 25A) şi IRLHS6342PBF în carcasă PQFN 2mm × 2mm (30V, 12A) – toate cu o grosime sub 1mm. De asemenea, IRF6775MTRPbF în carcasă DirectFET MZ 5mm × 6mm (150V, 28A), IRF8302MPbF în carcasă DirectFET MX 5mm × 6mm (30V, 190A) şi IRF7779L2TRPbF în carcasă DirectFET L8 7mm × 9mm (250V, 67A) – cu înălţimea de doar 0.7mm.

Tranzistoarele IGBT

În aplicaţiile care necesită curenţi şi tensiuni mai mari şi în care sunt suficiente frecvenţe mai mici de comutare, se folosesc tranzistoare bipolare cu poartă izolată, numite şi IGBT. Aceste tranzistoare, oferite de International

Figura 6: Tranzistoarele IGBT sunt o completare importantă a ofertei IR, în aplicaţiile care necesită curenţi şi tensiuni mai mari şi în care sunt suficiente frecvenţe mai mici de comutare.

Rectifier, sunt o completare importantă a ofertei firmei şi se pare că autorilor acestora le-a venit o idee asemănă­toare celei aplicate în cazul tranzistoarelor MOSFET descrise mai sus: includerea, în carcasele populare şi ieftine ale tranzistoarelor, a unor elemente de comutare cu o putere cât mai mare. Date fiind caracteristicile pe care le prezintă – curenţi şi tensiuni de lucru mai mari, prin urmare şi dimensiuni mai mari ale structurilor semiconductoare – IGBT International Rectifier sunt disponibile doar în carcase mai mari, cum sunt diferitele variante TO-220, TO-247, TO-262 şi TO-274AA (Super 247) pentru montare prin tehno­logia THT, precum şi D-Pak şi D2-Pak pentru montare pe suprafaţă.
Firma oferă în prezent câteva sute de tipuri de IGBT – atât discrete, cât şi cu diodă antiparalelă integrată, cu curenţi continui maximi ai colectorului de la câţiva amperi până la peste 100A şi tensiuni maxime colector-emitor care ajung la 1200V. Predomină totuşi elementele de câteva zeci de amperi, cu tensiuni de 600V sau chiar 1200V, în carcase TO-220AB şi TO-247AC. Dintre ceilalţi parametri importanţi, trebuie menţionată tensiunea colector-emitor în stare activă, cuprinsă în intervalul 1.3 – 4.3V, în funcţie de mărimea tranzistorului şi frecvenţa maximă de comutare, de la câţiva kilohertzi până la 150kHz.
În funcţie de parametri, mai ales în funcţie de frecvenţa de comutare, tranzistoarele IGBT sunt folosite în diverse sisteme de prelucrare a ener­giei de putere mică şi medie, cum ar fi unităţile de control ale elementelor de încălzire, circuitele de comandă ale motoarelor sau convertoarele de alimentare nu foarte rapide, în care sunt, în continuare, o alternativă mai economică la tranzistoarele MOSFET.
Un bun exemplu de IGBT International Rectifier destinat aproape oricărei aplicaţii este tranzistorul discret IRG4PH50SPBF – în carcasă TO-247AC, cu tensiunea maximă colector-emitor 1200V, curent maxim al colectorului de 57A (la TC = 25°C), tensiune VCE în stare activă de 1.7V şi o frecvenţă maximă de comutare de 1kHz. O utilizare similară are şi IRG4BC40SPBF în carcasă TO-220AB, cu parametri de 600V, 60A, 1.5V, respectiv 1kHz.
Elemente cu mult mai rapide, cu o frecvenţă maximă de comutare de 30kHz, sunt tranzistoarele IRGP4063DPBF cu diode integrate, în carcasă TO-247AC (600V, 96A), IRGB4062DPBF în carcasă TO-220AB (600V, 48A) şi IRG4BC20KD-SPBF în carcasă D2-Pak (600V, 16A).

Tranzistoare şi module pentru utilizări speciale

Figura 7: O grupă foarte mare din oferta firmei o reprezintă tranzistoarele pentru aplicaţii automotive, care îndeplinesc criterii restrictive privind domeniul de temperaturi, rezistenţa la supratensiuni, şocuri şi vibraţii şi alţi factori negativi prezenţi în mediul auto.

În afară de elementele universale, International Rectifier oferă o gamă largă de tranzistoare şi module de tranzistoare destinate utilizării în domenii specifice şi aplicaţii concrete.
Astfel, firma oferă adesea nu doar simple elemente de putere, ci şi întregi ansambluri alcătuite dintr-o serie de elemente discrete care însoţesc elementele de putere, circuite integrate şi module, completate de documentaţii tehnice şi instruc­ţiuni de aplicare. Şi deşi aceste ultime elemente nu fac obiectul acestui articol, ele merită amin­tite, deoarece simplifică în mod considerabil rea­lizarea multor proiecte.
O grupă foarte mare din oferta firmei o reprezintă tranzistoarele pentru aplicaţii automotive, care îndeplinesc criterii restrictive privind domeniul de temperaturi, rezistenţa la supratensiuni, şocuri şi vibraţii şi alţi factori nega­tivi prezenţi în mediul auto. Corespund pentru acest tip de utilizări o mare parte din tranzistoarele MOSFET produse de IR, precum şi tranzistoarele în carcase SMD cum ar fi AUIRF1405ZS (D2-Pak, 55V, 150A), precum şi ele­mente în carcase tradiţionale pentru montare prin tehnologia cu găurire, de exemplu AUIRF1010Z (TO-220AB, 55V, 94A) sau AUIRL3705ZL (TO-262, 55V, 86A), precum şi tranzistoarele duble cum ar fi AUIRF7103QTR (SO-8, 50V, 2×3A).
Anumite tranzistoare destinate unor aplicaţii concrete sunt prevăzute cu elemente suplimentare de protecţie. Un bun exemplu în acest sens este tranzistorul IGBT pentru instalaţii de aprindere IRGS14C40LPBF (D2-Pak, 430V, 20A), care conţine diode de limitare (clamp) poartă-emiţător şi poartă-colector care asigură o rezistenţă maximă la supratensiuni.

Figura 8: O grupă foarte interesantă de produse International Rectifier o reprezintă modulele din seria iMOTION – sisteme hibrid care simplifică în mod radical construcţia acţionărilor micilor motoare AC, destinate mai ales utilizării în aparatele electrocasnice.

O grupă foarte interesantă o reprezintă modulele IPM (Intelligent Power Modules) din seria iMOTION – sisteme hibrid care conţin punţi trifazate IGBT, unităţi de control pentru porţi şi un set de circuite de protecţie – montate într-o carcasă mică izolată SIP, care simplifică în mod radical construcţia acţionărilor micilor motoare AC, destinate mai ales utilizării în aparatele electrocasnice. Nişte bune exem­ple sunt modulele IRAMS10UP60A cu o tensiune maximă de 600V şi un curent pe fază de până la 10 ARMS şi IRAMX20UP60A cu parametri de 600V, respectiv 20 ARMS.

Noi tehnologii, noi produse

În mod incontestabil, International Rectifier se numără printre liderii pieţei tranzistoarelor de putere MOSFET şi IGBT pentru sisteme de putere mică şi medie şi, aşa cum stă bine unui lider, se ocupă în mod continuu şi intens de dezvoltare. Activităţile de dezvoltare se axează atât pe perfecţionarea tehnologiei structurilor semiconductoare, a metodelor de montare în carcase, cât şi strict pe realizarea carcaselor, urmărind să elaboreze alte noi produse care să permită prelucrarea unor puteri din ce în ce mai mari, fără o creştere semnificativă a dimensiunilor şi costurilor. Cel mai nou exemplu în acest sens este carcasa WideLead TO-262 care, datorită unei multiplicări corespunzătoare a câtorva terminale standard permite reducerea cu circa 50% a rezistenţei terminalelor şi creşterea cu 30% a curentului maxim de drenă al tranzistorului aflat în această carcasă.
Totodată, firma lucrează în permanenţă pentru perfecţionarea soluţiilor de sistem, furnizând seturi de subansambluri tot mai complete, documentaţii şi modele, care sunt un instrument excelent pentru facilitarea şi accelerarea rezolvării problemelor legate de construcţie ale clienţilor săi.

Distribuitorul cunoscut în Polonia al firmei International Reactifier, care oferă practic întregul sortiment de produse, este firma din Łódz Transfer Multisort Elektronik care, datorită capacităţii extinse de depozitare, poate oferi multe dintre subansamblurile IR direct “de pe raft”.

Mai multe informaţii:

Transfer Multisort Elektronik
Tel.: +40 356467401
Fax: +40 356467400
tme@tme.ro
www.tme.ro

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile necesare sunt marcate *

  • Folosim datele dumneavoastră cu caracter personal NUMAI pentru a răspunde comentariilor/solicitărilor dumneavoastră.
  • Pentru a primi raspunsuri adecvate solicitărilor dumneavoastră, este posibil să transferăm adresa de email și numele dumneavoastră către autorul articolului.
  • Pentru mai multe informații privind politica noastră de confidențialitate și de prelucrare a datelor cu caracter personal, accesați link-ul Politica de prelucrare a datelor (GDPR) si Cookie-uri.
  • Dacă aveți întrebări sau nelămuriri cu privire la modul în care noi prelucrăm datele dumneavoastră cu caracter personal, puteți contacta responsabilul nostru cu protecția datelor la adresa de email: gdpr@esp2000.ro
  • Abonați-vă la newsletter-ul revistei noastre