Обзор продукции компании TECHSEM

Китайская компания TECH Semiconductors Co., Ltd. (TECHSEM) была создана в 1966 г. и имеет значительный опыт разработки и производства силовых полупроводниковых устройств. Широкий ассортимент продукции компании известен высоким качеством и хорошей репутацией как на внутреннем рынке Китая, так и в Европе, США, Корее, Японии, Индии и других странах. В статье приведен обзор изделий TECHSEM.

Изделия TECHSEM [1] широко используются во многих областях промышленности, таких, например, как металлургия, электроэнергетика, химическая индустрия, железнодорожный транспорт. Они находят применение также в сварочном оборудовании и оборудовании для плавного старта и питания различных двигателей, в источниках питания, инверторах, преобразователях, выпрямителях и др.
Все приборы имеют маркировку СЕ и исполняются в соответствии с директивой European RoHS (Restriction of Hazardous Substances), ограничивающей использование опасных веществ в производимых электрических и электронных продуктах и запрещающей применение таких компонентов, как ртуть, кадмий, олово и некоторые виды хрома.

 Приборы капсульного типа

Особенность этих приборов заключается в том, что они упаковываются в герметичные металлические корпуса с керамическими изоляторами — так называемые капсулы. Капсульные приборы разделяются на категории в соответствии с типом используемого в них чипа и электрическими параметрами. Внешний вид одного из таких приборов показан на рис. 1.
Рассмотрим виды приборов капсульного типа [2] подробнее.
Типы капсульных корпусов тиристоров серий КР и КК, а также диодов серии ZP, используемых в зависимости от прямого тока и обратного напряжения, приведены в таблице 1. Все эти приборы приспособлены для одно- и двустороннего охлаждения.

Таблица 1. Типы капсульных корпусов тиристоров и диодов компании TECHSEM (значения указаны при температуре корпуса +55 °С)

 
Регулируемые по фазе тиристоры серии КР производятся по диффузионной технологии и имеют ступенчатую структуру внутреннего усиления. Тиристоры быстрого включения серии КК могут работать при условии быстрого нарастания тока включения (di/dt), обладают высокими электрическими динамическими характеристиками, такими как низкие потери при переключении и быстрое время выключения. Выпрямительные диоды серии ZP — диффузионно-сплавные.

Пример присвоения обозначения приборам капсульного типа показан на рис. 2.

Дадим некоторые пояснения к обозначению кода корпуса:
•  К — корпус тиристора;
•  Z — корпус диода;
•  Т — выпуклая поверхность;
•  А — вогнутая поверхность;
•  60 — код для катода и анода;
•  две последующих буквы — высота корпуса, мм (aT — 14, cT — 26, dT — 35);
•  65 — опция для альтернативного применения чипа.

На рис. 3 приведен общий вид приборов капсульного типа, а в таблице 2 — ключевые индикаторы их корпусов.

Таблица 2. Ключевые индикаторы корпусов приборов капсульного типа Тип корпуса (КТ и ZТ)* Диаметр керамического цилиндра, мм Максимальный внешний диаметр катода, мм 19 37 42 25 40,5 42 33 53 59 50 66 74 60 88 100 73 98 110 100 132 142 Примечание:* — тип чипа прибора: КТ — тиристор, ZT — диод.

В таблице 3 приведены соотношения между величиной входного сетевого напряжения (АС) и рекомендованным повторяющимся пиковым значением напряжения запертого прибора (VDRM) и значением обратного напряжения (VRRM). На рис. 4 показан прибор капсульного типа с нанесенной на его корпус маркировкой.

Таблица3. Рекомендованные значения напряжений Входное сетевое напряжение, В Рекомендованные значения напряжений VDRM и VRRM, В 60 200 125 400 250 800 380 1200 400 1400 440 1400 460 1600 500 1600 575 1800 660 2000 690 2200

К основным техническим параметрам приборов капсульного типа относятся:

• усредненный прямой ток диода I_FAV/усредненный ток включенного тиристора I_ТAV;
• пик (выброс) прямого тока диода I_FSM/тиристора I_FSM;
• пиковый интеграл нагрузки i²t;
• повторяющееся пиковое напряжение на запертом приборе V_DRM/ повторяющееся пиковое обратное напряжение V_RRM;
• пиковое значение обратного тока утечки I_DRM/пиковый обратный ток I_RRM;
• пороговое напряжение V_TO;
• сопротивление в проводящем направлении r_F;
• пиковый прямой ток диода IFM/пиковый ток открытого тиристора I_TM;
• пиковое напряжение проводящего диода V_FM/открытого тиристора V_TM;
• время коммутации тока при выключении тиристора t_q;
• критическая скорость нарастания напряжения открытого тиристора du/dt;
• термическое сопротивление соединения с корпусом R_th(j-c);
• термическое сопротивление соединения корпуса к тепловой подложке R_th(c-hs).

Для получения максимально возможного тока тиристорной или диодной капсулы чаще всего используется двустороннее охлаждение (Double-sided Cooling, DSC). В этом случае изделие зажимается между двумя идентичными тепловыми приемниками. Возможно также применение одностороннего охлаждения (Single-sided Cooling, SSD).

Могут использоваться воздушно-охлаждающие либо водно-охлаждающие тепловые приемники. В первом случае они должны быть смонтированы так, чтобы их охлаждающие наконечники были параллельны направлению охлаждающего воздуха и расположены близко к воздушным входам так, чтобы воздух предварительно не нагревался другими компонентами.

С целью гарантии хорошего электрического и термического контакта контактные поверхности тепловых приемников должны быть очищены до металлического блеска, а их плоскость должна иметь неровности, не превышающие 50 мкм на дюйм, а сами неровности должны быть менее 10 мкм. Контактные площадки должны быть покрыты тонким слоем (100 мкм) термического компаунда, такого, например, как Penetrox A или А13.

Силовые модули

Силовые модули TECHSEM [3] выполнены по различным схемным топологиям: тиристоры (серии МТ и МТС), выпрямительные диоды (серии MD и MDC), гибридные модули (серия MFC) и выпрямительные мосты (серия MDS). Диапазон выходных токов этих изделий составляет 26–570 А, а максимальное обратное напряжение достигает 3600 В. Помимо указанной выше маркировки СЕ, силовые модули имеют дополнительную маркировку компании по стандартизации и сертификации в области техники безопасности UL (Underwriters Laboratories Inc.).

Внешний вид одного из вариантов силового модуля показан на рис. 5.

Силовые модули сортируются в соответствии с типом и схемной топологией (табл. 4).

Таблица 4. Сортировка силовых модулей

Примечание: * — варианты корпусов зависят от упаковочных размеров модулей

Для различных применений могут использоваться семь различных схемных топологий силовых модулей (рис. 6): MTC, MFC, MDC, MD, MT, MDS и MDQ.

В зависимости от упаковочных размеров модулей имеется восемь различных их корпусов (рис. 7).

Размеры корпусов силовых модулей приведены в таблице 5. Все модули имеют стандартный допуск на размер ±0,5 мм. Пример присвоения обозначения силовым модулям показан на рис. 8.

Таблица 5. Размеры корпусов силовых модулей Тип корпуса Длина, мм Ширина, мм Высота, мм 223F3 92 21 30 216F3 94 34 29,2 413F3 115 50 50 417F2 100 50 52 416F3 150 60 50,5 218H5 80 39,9 27,5 219H5 80 40 27,5 221H5 110 50 29

При применении модулей можно использовать те же соотношения между величиной входного сетевого напряжения (АС) и рекомендованным повторяющимся пиковым значением напряжения запертого прибора и значением обратного напряжения, что приведены в таблице 3 для приборов капсульного типа.
На рис. 9 показан один боковой вид силового модуля с нанесенной на его корпус маркировкой. На рис. 10 показана маркировка, нанесенная на другой бок силового модуля.

Полупроводниковые компоненты модулей весьма чувствительны к перенапряжению и токовым перегрузкам.

Наиболее популярные методы защиты от перенапряжений:

• использование гасящих резисторов и сглаживающих конденсаторов;
• использование гасящих цепей на стороне АС;
• использование защитных варисторов и кремниевых лавинных диодов.

Для защиты компонентов от превышения тока, помимо радиаторов с воздушным и водяным охлаждением, могут использоваться прерыватели или предохранители в мощных цепях.

С целью получения более безопасных напряжений на них диоды и тиристоры можно соединять последовательно. Это важно для получения более однородного распределения напряжений на приборах. При этом напряжение на каждом диоде или тиристоре должно быть, по крайней мере, на 10% ниже, чем при применении одного прибора. При параллельном соединении диодов и тиристоров они должны иметь схожие характеристики проводимости и работать при прямых токах, не превышающих 80% от максимально допустимого значения.

К основным техническим параметрам силовых модулей относятся:

• средний прямой ток диода I_F(AV)/средний ток включенного тиристора I_T(AV);
• выброс прямого тока диода или тиристора I_FSM;
• интегральная пиковая нагрузка i²t;
• повторяющееся пиковое напряжение запертого прибора V_DRM/повторяющееся пиковое обратное напряжение V_RRM;
• пиковая величина утечки обратного тока I_DRM/пиковая величина обратного реверсного тока I_RRM;
• пороговое напряжение V_TO;
• сопротивление в проводящем направлении r_F;
• пиковое напряжение проводящего диода V_FM/открытого тиристора V_TM;
• время коммутации тока при выключении тиристора t_q;
• критическая скорость нарастания тока открытого тиристора di/dt;
• критическая скорость нарастания напряжения открытого тиристора du/dt;
• термическое сопротивление соединения с корпусом R_th(j-c);
• испытательное напряжение изоляции V_iso.

Рекомендации по монтажу силовых модулей остаются такими же, как и по монтажу приборов капсульного типа.

Силовые полупроводниковые сборки

Силовые полупроводниковые сборки имеют ряд преимуществ: возможность коммутации больших токов, быстрота включения (высокое значение нарастания тока включения di/dt), высокая надежность, долговечность и относительно небольшая стоимость.

Силовые сборки представляют собой определенным образом соединенные диоды, тиристоры и динисторы (сочетание транзистора и тиристора), выполненные в виде уже упоминавшихся капсул и модулей и собранные в так называемые колонны (стеки). В соответствии с требованием заказчика такие сборные конструкции могут быть специально разработаны для обеспечения всех электрических функций, включая коммутацию и защиту.

В некоторых сборках используются приборы со структурой обратно-переключаемого динистора (Reversevly Switching Dynistor, RSD), что обеспечивает возможность переключения ими очень больших токов.

RSD переключается коротким (1–3 мкс) импульсом обратного тока от триггерной схемы. Во время этого импульса ток протекает через полупроводниковый переход, образуя тонкий слой плазмы, которая рассасывается, когда приложенная полярность напряжения возвращается к начальному состоянию.

Внешние виды некоторых полупроводниковых сборок показаны на рис. 11.

Типы предлагаемых компанией TECHSEM силовых полупроводниковых сборок показаны на рис. 12–17.

В таблице 6 приведены данные о некоторых свойствах и параметрах сборок всех указанных на рисунках серий.

Таблица 6. Свойства и параметры различных силовых полупроводниковых сборок компании TECHSEM

Радиаторы

TECHSEM выпускает широкий ассортимент радиаторов как с воздушным, так и с водяным охлаждением. В таблице 7 в качестве примера представлены некоторые из них.
Таблица 7. Радиаторы производства фирмы TECHSEM

Таблица 7. Радиаторы производства фирмы TECHSEM

Метод охлаждения	Тип радиатора	Внешний вид радиатора	Тип радиатора	Внешний вид радиатора
Водяной	SS11		RSS51
	SS12
	SS13
	SS14
	SS15
	SS16
	SS17
	SS11BL		RSS61
	SS12BL
	SS13BL
	SS14BL
	SS15BL
	SS16BL
	SS17BL
	RSS11		DSS3
	RSS21		DSS5
	RSS41		DSS8
	RSS31		HSS3
Воздушный	SF12		Wxx
	SF13
	SF14
	SF15
	SF16
	SF17

Автор - Александр Пескин

Статья размещена с разрешения журнала "Силовая электроника".

Оригинал статьи можно посмотреть, пройдя по ссылке.