Области применения и ограничения в применении IGBT и MOSFET силовых модулей

Рис. 1.1. Области применения новейших силовых полупроводниковых приборов

Как показано на рис.1.1, различные системы могут быть реализованы с помощью MOSFET (МОП-транзисторы) или IGBT (биполярные транзисторы с изолированным затвором), которые появились в середине 80-х. Сравнивая с другими коммутационными силовыми полупроводниками, например, такими как традиционные GTO-тиристоры, эти типы транзисторов имеют некоторые преимущества в применении, такие как активное выключение даже в случае к.з., функционирование без снабберов, простая схема управления, короткое время переключения, и поэтому сравнительно низкие потери.

Производство IGBT и MOSFET сравнительно простое и является предпочтительным, может быть просто организовано с помощью современных технологий микроэлектроники. Это преимущественно благодаря быстрому развитию IGBT и силовых MOSFET, так как силовая электроника продолжает открывать новые рынки сбыта. Биполярные транзисторы высокого напряжения, которые были еще очень популярны несколько лет назад, на данный момент практически полностью вытеснены транзисторами IGBT.

Наиболее часто применяются транзисторы на несколько десятков ампер, на кремниевом кристалле, который интегрирован в беспотенциальный силовой модуль. Этот модуль содержит один или несколько транзисторов, диоды (рекуперационные) и, при необходимости, пассивные элементы, а также «интеллект», см. главы 1.4-1.6.

Несмотря на недостатки одностороннего охлаждения, силовые модули поддерживают свое влияние в высокомощной электронике, хотя существуют дисковые IGBT с диодами, способные рассеять на 30 % тепла больше благодаря двустороннему охлаждению. Это главным образом благодаря «интеграции», необходимой изоляции кристалла от теплоотвода, различными комбинациями компонентов в модуле и низкой ценой благодаря серийному производству, за исключение их простого монтажа.

Сегодня IGBT модули производятся на прямые напряжения 6.5 кВ, 4.5 кВ, 3.3 кВ и 2.2 кВ, например 3.3 кВ/2.4 кА. Преобразователи на IGBT (многоуровневое переключение и IGBT в последовательном соединении) мегаваттные, для более чем 6 кВ источников напряжения могут быть изготовлены уже сейчас. С другой стороны, MOSFETы разрабатывались для еще более высоких частот; при больших токах можно получить более 500 кГц с соответствующей схемой.

За исключением устройств малой мощности, для которых однокристальное решение очень важно, IGBT и MOSFET модули будут являться основными составляющими компонентами в будущем.