Журнал "Новости Электроники", номер 2, 2009 год.Обзор MOSFET и IGBT компании 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 кГц | ||||
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 http://www.st.com в разделе Products/Transistors.
Получение технической информации, заказ образцов, поставка - e-mail: analog.vesti@compel.ru
