Infineon

Возможно, вам также будет интересно

Крапп Йохан Перевод: Колпаков Андрей Режимы короткого замыкания Для понимания принципов работы схем защиты от перегрузки по току необходимо проанализировать поведение силовых транзисторов в режиме короткого замыкания (КЗ). Причины возникновения токовых перегрузок разнообразны, чаще всего это аварийные случаи, такие как пробой на корпус или замыкание нагрузки. Перегрузка может быть вызвана и особенностями схемы, например переходным

Структура Свойства IGBT в большой степени определяются паразитными элементами, имеющимися в структуре транзистора. Накопление заряда и его последующее рассасывание приводят к появлению потерь переключения, созданию эффекта запоминания и появлению так называемого «хвостового» тока при выключении. Для лучшего понимания происходящих процессов и возможных механизмов отказа рассмотрим эквивалентную электрическую схему IGBT (рис. 17). Описание физической природы паразитных конденсаторов и резисторов, показанных на рисунке, приведено в таблице 1.

Устройство управления IGBT является одним из самых ответственных узлов силовой
секции преобразователя, в значительной степени определяющим надежность
и эффективность работы всей системы. Стремясь к максимальной унификации
схемы и конструкции, ведущие производители драйверов (CT»Concept, SEMIKRON)
пришли к идее «ядра» — универсального модуля управления затворами.

Силовые модули MIPAQ serve

Модули MIPAQ serve объединяют силовую часть из шести IGBT с антипараллельными диодами, токовыми шунтами, систему управления с электрически изолированным логическим входным интерфейсом и схему цифрового измерения температуры встроенного терморезистора с отрицательным ТКС. Модули выполнены в корпусах MIPAQ-3 (EconoPACK 4), внешний вид приборов показан на рис. 12, упрощенная структура модулей приведена на рис. 13.

Рис. 12. Внешний вид модуля MIPAQ serve

Внешние сигналы управления поступают на входной 22-контактный разъем Х2 типа 87832-22 (Molex-connector). Логические схемы модуля от драйверов верхних и нижних плеч гальванически отделяют специальные трансформаторы без магнитных сердечников (Coreless Transformer, CLT). Положительные и отрицательные напряжения питания IGBT-модуля поступают с силовых шин (DC-Busbar ±), подключенных к силовой сети напряжением до 1200 В. Напряжения смещения на затворы верхних ключей подаются от отдельного изолированного источника питания через 22-контактный разъем Х1 типа 43045-22 (Molex-connector). Основное напряжение питания и нагрузка подключаются к винтовым терминалам с резьбой М6. Основные особенности и параметры модулей:

• шестикомпонентный силовой модуль с блоком электронного управления;
• гальванически изолированный драйвер на основе технологии CLT с интегральным трансформатором без магнитного сердечника;
• цифровой измеритель температуры базовой платы модуля на основе терморезистора NTC;
• несинхронность включения/выключения всех IGBT модуля не более 20 нс;
• рейтинговые напряжения/ток — 1200 В/100 А (IFS100V12PT4), 1200 B/150 A (IFS150V12PT4), 1200 B/200 A (IFS200V12PT4);
• встроенные схемы защиты от перегрева, коротких замыканий, пониженного напряжения всех источников питания, сбоев передачи управляющих сигналов;
• соответствие стандартам IEC61800-5-1 (по гальванической изоляции), UL94, RoHS;
• максимальное напряжение на силовой шине питания — 850 В;
• напряжение насыщения «коллектор–эмиттер» IGBT — 2,1 В (при Т_vj = +150 °C, I_к = 100–200 А);
• энергия потерь включения/выключения E_on/E_off — 21,3/20 мДж (IFS200V12PT4, Т_vj = +150 °C, I_к = 200 А);
• диапазон температур окружающей среды –40…+65 °С, влажность Rel H — 5–85 %;
• виброустойчивость до 12g, ударопрочнось до 10g, класс защиты IP00;
• тепловое сопротивление «кристалл IBGT–корпус» — 0,15 К/Вт.

Рис. 13. Упрощенная структура модуля MIPAQ serve

Рис. 14. Микросхема 1ED020I12-FA

Применяемые методы изоляции драйверов от высоковольтных цепей силовых инверторов с помощью оптронов, трансформаторов и преобразователей уровней в настоящее время дополняются использованием интегральных трансформаторов без сердечников (CLT). Разработка технологии таких трансформаторов в компании Infineon была направлена на использование достоинств традиционных решений и в то же время устранение присущих им недостатков. К основным достоинствам CLT относятся: обеспечение высокого качества изоляции, гарантирующее абсолютную надежность на протяжении всего срока эксплуатации; миниатюрные размеры; хорошая совместимость с логическими схемами управления; стойкость к электромагнитным помехам со значительной скоростью нарастания напряжения; невысокая стоимость производства. Особенности, параметры, методика расчета печатных трансформаторов без сердечника в приложении к драйверам затворов подробно описаны в статье, опубликованной в журнале IEEE Circuits and Systems .

Первая микросхема драйвера на основе CLT компании с запатентованным логотипом EiceDRIVER — 1ED020I12-FА (рис. 14) была представлена в 2007 г. Позже был выпущен сдвоенный драйвер 2ED020I12-FI. Микросхемы семейства EiceDRIVER (ED, ED-C, ED-E, ED-S) обеспечивают гальваническую развязку и двунаправленную передачу сигналов с очень малыми задержками распространения и высокую надежность при работе в экстремальных условиях эксплуатации.

Рис. 15. Структура микросхемы 2ED020I12-FI

Микросхема 2ED020I12-FI, выполненная в DIP-корпусе PG-DSO-18-2 с габаритами 12,8×7,6×2,45 мм, характеризуется следующими основными параметрами: полный диапазон рабочих напряжений ±1200 В; напряжение питания 14–18 В; выходной ток драйверов затворов от +1 до –2 А; совместимость с входными ТТЛ-уровнями 3,3 и 5 В. Структура микросхемы приведена на рис. 15, аналогичные структуры драйверов применены и в модулях MIPAQ serve (EiceDRIVER, T1–T3, B1–B3 на структурной схеме рис. 16).

Рис. 16. Структура модуля MIPAQ serve

История

2021: Создание консорциума для внедрения квантовых технологий в промышленности

В середине июня 2021 года BMW вместе с BASF, Boehringer Ingelheim, Bosch, Infineon, Merck, Munich Re, SAP, Siemens и Volkswagen создали Quantum Technology and Application Consortium (QUTAC), члены которого намерены разработать большое количество примеров для использования их в промышленности, чтобы создать спрос на квантовые вычисления. По мнению QUTAC, это ускорит развитие технологии в Германии и Европе. Подробнее здесь.

2019: Покупка разработчика чипов Cypress Semiconductor за 9 млрд евро

В начале июня 2019 года Infineon Technologies объявила о приобретении Cypress Semiconductor за 9 млрд евро. Благодаря этой сделке Infineon становится лидером мирового рынка автомобильных чипов. Подробнее здесь.

2016: Крупнейший европейский чипмейкер поглотил американского коллегу за $850 млн

Крупнейший в Европе производитель чипов Infineon Technologies сообщил летом 2016 года о покупке компании Wolfspeed Power.

Компания, которую приобрела Infineon Technologies находится в Америке и выпускает микросхемы для управления питанием. Wolfspeed, является дочерней структурой компании Cree, продана Infineon за $850 млн. Infineon Technologies путем покупки Wolfspeed намерена расширить присутствие на рынках электромобилей, а также «интернета вещей» и возобновляемых источников энергии.

Wolfspeed завершила финансовый год в марте 2016 г. Согласно отчету, выручка компании составила $173 млн. Infineon надеется на увеличение рентабельности и прибыли сразу после официального поглощения Wolfspeed.

2015

В 2015 году Infineon приобрела компанию-производителя силовых полупроводниковых приборов International Rectifier за $3 млрд.

2014

В 2014 г. стало известно о самой крупной сделке компании Infineon Technologies AG – покупке International Rectifier.

2010

В 2010 г. часть компании Infineon, производящая чипы для смартфонов, была выкуплена корпорацией Intel. Крупнейший в мире производитель полупроводников Intel купил компанию Wireless Solutions Business (WLS) за $1,4 млрд.

2007

В 2007 году совместно с другим крупным производителем проводников, американской IBM, Infineon Technologies продали совместное предприятие Altis Semiconductor швейцарской компании Advanced Electronic Systems AG (AES), которая принадлежит российскому холдингу GIS (Global Information Services).

Рынки

Infineon продает полупроводники и системы для автомобильного , промышленного и мультимаркетингового секторов, а также чип-карты и продукты безопасности. У Infineon есть дочерние компании в США в Милпитасе , Калифорния, и в Азиатско-Тихоокеанском регионе, в Сингапуре и Токио, Япония.

Infineon имеет ряд представительств в Европе, один в Дрездене . Сегмент высокой мощности Infineon находится в Варштайне , Германия; Филлах и Грац в Австрии; Цеглед в Венгрии; и Италия. Он также управляет центрами исследований и разработок во Франции, Сингапуре, Румынии , Тайване, Великобритании и Индии , а также производственными предприятиями в Сингапуре , Малайзии, Индонезии и Китае. Также есть общий сервисный центр в Майя, Португалия.

Infineon котируется в индексе DAX Франкфуртской фондовой биржи .

В 2010 году в преддверии предстоящего собрания акционеров разразился конкурс по доверенности, будет ли разрешено члену совета директоров Клаусу Вухереру войти в кабинет председателя после ухода на пенсию нынешнего председателя Макса Дитриха Клея.

После нескольких реструктуризаций Infineon сегодня включает четыре направления деятельности:

Автомобильная промышленность (квадроцикл)

Infineon предлагает полупроводниковые изделия для использования в силовых агрегатах (управление двигателем и трансмиссией), комфортной электронике (например, рулевое управление, амортизаторы , кондиционер ), а также в системах безопасности ( ABS , подушки безопасности , ESP ). Ассортимент продукции включает микроконтроллеры , силовые полупроводники и датчики . В 2018 финансовом году (на конец сентября) продажи сегмента ATV составили 3284 миллиона евро.

Промышленное управление мощностью (IPC)

Промышленное подразделение компании включает силовые полупроводники и модули, которые используются для генерации, передачи и потребления электроэнергии. Его области применения включают управление электроприводами для промышленного применения и бытовой техникой, модули для производства, преобразования и передачи энергии из возобновляемых источников. В 2018 финансовом году объем продаж этого сегмента составил 1323 миллиона евро.

Системы питания и датчиков (PSS)

Подразделение Power & Sensor Systems подводит итог деятельности полупроводниковых компонентов для эффективного управления питанием или высокочастотных приложений. Они находят применение в системах управления освещением и светодиодном освещении, источниках питания для серверов, ПК, ноутбуков и бытовой электроники, настраиваемых устройствах для периферийных устройств, игровых консолях, приложениях в медицинских технологиях, высокочастотных компонентах, выполняющих защитную функцию для систем связи и тюнеров. и кремниевые MEMS-микрофоны. В 2018 финансовом году PSS принесло 2 318 миллионов евро.

Подключенные безопасные системы (CSS)

Компания CSS предлагает микроконтроллеры для SIM-карт мобильных телефонов, платежные карты, микросхемы безопасности и решения на основе чипов для паспортов, удостоверений личности и других официальных документов. Infineon поставляет значительное количество чипов для нового немецкого удостоверения личности. Кроме того, CSS предоставляет решения для приложений с высокими требованиями к безопасности, таких как платное телевидение и Trusted Computing. В 2018 финансовом году компания CSS достигла 664 миллиона евро. « Infineon — номер 1 в области встроенной безопасности» (IHS, 2016 — Отчет IHS по встроенной цифровой безопасности).

IGBT-продукты

В данную категорию включены дискретные IGBT с антипараллельными диодами (десятки типов), дискретные приборы семейства HighSpeed 5 и IGBT-модули различных серий, в том числе MIPAQ, CIPOS, SmartPIM, SmartPACK. В категорию также включены IGBT для автомобильных приложений, чипы и приборы без антипараллельных диодов.

Одной из последних новинок компании являются IGBT семейства HighSpeed 5, выполненные по технологии TRENCHSTOP 5 с рабочим напряжением 650 В и током коллектора 8–50 А. Приборы выпускаются в корпусах TO-220, TO-220 FullPAK, TO-247, их внешний вид показан на рис. 1. Компания называет новые транзисторы лучшими в своем классе с точки зрения производительности и эффективности в сочетании с высокой надежностью. Приборы оптимизированы для применения в корректорах мощности и ключах с ШИМ. Они могут быть использованы в источниках бесперебойного питания (ИБП), корректорах коэффициента мощности (ККМ), инверторах для солнечной энергетики и сварочных аппаратах. На рис. 2 показаны структуры IGBT TRENCHSTOP и TRENCHSTOP 5. Основные особенности и преимущества приборов в сравнении с транзисторами предыдущего поколения семейства HighSpeed 3:

• в 2,5 раза меньше заряд затвора и вдвое снижены потери при коммутации;
• на 200 мВ меньше напряжение насыщения и на 50 В больше рабочее напряжение;
• высокие возможные частоты коммутации (до 70 кГц);
• высокая плотность мощности, надежность и мягкие характеристики коммутации;
• время обратного восстановления 50 нс;
• встроенный антипараллельный диод семейства RAPID или диод на основе карбида кремния;
• малая выходная емкость;
• высокая эффективность при малых нагрузках (до 40% от максимальной).

Рис. 2. Структуры транзисторов

Классификационные параметры приборов HighSpeed 5 приведены в таблице 1.

Примечания: приборы IGP, IGW содержат только IGBT, в остальные интегрированы антипараллельные диоды серии RAPID (t_rr от 41 до 52 нс) или SiC; t_ф — время нарастания; t_с — время спада; потери переключения Е_общ включают «хвост» и обратное восстановление диодов; значения параметров действительны при температуре +25 °С.

Рис. 3. Характеристики переключения транзисторов HighSpeed 5

Приборы с окончаниями в названиях F5 и H5 отличаются параметрами переключения. На рис. 3 приведены соответствующие диаграммы токов и напряжений переключения инвертора для преобразования энергии солнечных батарей мощностью 2 кВт в сравнении с характеристиками приборов предыдущего поколения Н3. Приборы исполнений Н5 с диодами типа RAPID оптимизированы для использования их в качестве замены приборов предыдущих поколений — каких-либо изменений схем и режимов не требуется, оптимальная величина резистора в цепи затвора R_{g on} = 5 Ом. Исполнения F5 в сравнении с Н5 отличаются несколько меньшей индуктивностью и применением SiC-диодов, что повышает эффективность преобразователей примерно на 1%, однако для получения нужного эффекта в цепи затвора необходим сплит-резистор (R_{g off}). Потери переключения приборов серии значительно меньше, чем у приборов предыдущих поколений, и сравнимы с потерями полевых транзисторов. На рис. 4 приведены зависимости потерь включения от сопротивления затвора приборов HighSpeed 5 в сравнении с потерями других приборов .

Рис. 4. Зависимости энергии потерь включения различных типов приборов от сопротивления в цепи затвора

При использовании приборов в ККМ эффективность преобразования может быть увеличена на 0,6% для исполнений Н5 и на 1,7% для исполнений F5 по сравнению с приборами предыдущего поколения Н3.

Рис. 5. Зависимости эффективности ККМ на различных IGBT от выходной мощности

На рис. 5 показаны зависимости эффективности ККМ с частотой коммутации 70 кГц от выходной мощности для различных типов приборов и различных значений R_{g on}/R_{g off} (рис. 6) .

Рис. 6. Схемы включения резистора затворов

Модули SmartPIM и SmartPACK

Рис. 17. Монтаж модулей SmartPIM, SmartPACK

В 2013 г. компания запустила в производство несколько новых типов силовых модулей семейства SmartPIM и SmartPACK. Эти приборы позволяют реализовывать более дешевые, компактные и технологичные преобразователи за счет упрощения процесса их монтажа и повышения надежности. Новые модули используют уже известную технологию монтажа PressFIT (без пайки) в сочетании с усовершенствованной технологией корпусирования. Надежность контактов модулей со втулками печатных плат обеспечивается за счет отсутствия доступа воздуха (газа) в зону контакта, и тем самым обеспечивается отсутствие коррозии со снижением проводимости при длительной эксплуатации и термоциклировании. В результате интенсивность отказов контактных соединений, выполненных по технологии PressFIT, в несколько раз меньше, чем при использовании пайки. Составные части корпусов модулей обеспечивают высокую надежность при монтаже и последующей эксплуатации. Монтаж производится практически за одну операцию — выводы типа PressFIT модулей подключаются к печатной плате, сама плата при этом фиксируется, а модуль монтируется на радиатор и прижимается фиксирующей крышкой, вся сборка закрепляется одним винтом — так, как показано на рис. 17. Модули рассчитаны на номинальные токи до 75 А в конфигурации Pack и до 35 А в конфигурации PIM при напряжениях 600 и 1200 В. Для обеспечения низкого теплового сопротивления подложка модулей выполнена из оксида алюминия.

В каталоге компании 2014 г. представлены следующие типы модулей:

• FS75R07U1E4 — 650 B/75 A;
• FS50R07U1E4 — 650 B/50 A;
• FP50R07U1E4 — 650 B/50 A;
• FP35R12U1T4 — 1200 B/35 А;
• FP30R07U1E4 — 650 B/30 A;
• FP25R12U1T4 — 1200 B/25 A.

Рис. 18. Структура модулей исполнений FS

В приборы FS интегрированы шесть IGBT (Trench IGBT 4) с антипараллельными диодами, терморезистор с отрицательным ТКС (рис. 18); в приборы FP — шесть IGBT с антипараллельными диодами, терморезистор с отрицательным ТКС и трехфазный выпрямительный мост (рис. 19). Все модули выполнены в одинаковых корпусах, их габаритные чертежи приведены на рис. 20, фиксирующая крышка в состав модулей не входит и заказывается отдельно. Основные особенности и параметры приборов:

• простой, безопасный и быстрый монтаж;
• высокая надежность и стойкость к термоциклированию;
• отсутствие влияния газов и паров на надежность контактных пар (выводы модулей/пистоны печатных плат);
• максимальная мощность рассеяния IGBT при T_vj = +175 °C — 275 Вт (для FS75R07UE4);
• напряжение насыщения U_{ce sat} — 1,75 В (T_vj = +150 °C, I_к = 75 А);
• заряд затвора Q_g — 0,75 мкКн (U_ge = ±15 В), входная емкость — 4600 пФ;
• время нарастания/спада на индуктивной нагрузке — 0,026/0,067 мкс (T_vj = +150 °C, I_к = 75 А);
• энергия включения/выключения на импульс E_on/E_off — 1,05/3,15 мДж (T_vj = +150 °C, I_к = 75 А);
• тепловое сопротивление переход/корпус — 0,5 К/Вт;
• напряжение изоляции — 2500 В, RMS/50 Гц.

Рис. 19. Структура модулей исполнений FP

Рис. 20. Габаритный чертеж модулей SmartPIM, SmartPACK

Основные области применения модулей: промышленный привод, ИБП (UPS), источники питания, солнечные инверторы, системы кондиционирования, сварка, индукционный нагрев.

Похожие записи:

Мощность электрического тока Лампочка накаливания: целая эпоха в освещении Тест по физике магнитное поле катушки с током 8 класс Сетевые фильтры для защиты бытовой техники / статьи и обзоры Бмс схемы подключения Световой поток и технические характеристики днат 150 вт