Blog về công ty Renesas RBN75H125S1FP4-A0 Transitor IGBT tích hợp FRD để chuyển mạch nguồn

Công ty TNHH Điện tử Mingjiada Thâm Quyến đã ra mắt bóng bán dẫn IGBT Renesas RBN75H125S1FP4-A0, có FRD tích hợp, dành cho các ứng dụng chuyển mạch nguồn.

RBN75H125S1FP4-A0 là IGBT bóng bán dẫn đơn hiệu suất cao thuộc dòng G8H của Renesas Electronics, được phát triển đặc biệt cho các ứng dụng chuyển mạch nguồn trung và cao áp, tần số cao. Thiết bị tích hợp một diode phục hồi nhanh (FRD), loại bỏ sự cần thiết của một diode quay tự do bên ngoài và đơn giản hóa đáng kể kiến ​​trúc mạch điện. Tận dụng các quy trình lõi wafer siêu mỏng và cổng rãnh, thiết bị này kết hợp tổn thất trạng thái thấp, tổn thất chuyển mạch thấp và hiệu suất nhiệt cao. Với các thông số định mức điện áp đánh thủng lên tới 1250V và dòng thu liên tục 75A, nó đóng vai trò là thiết bị chuyển mạch nguồn lõi chủ đạo trong các bộ biến tần công nghiệp và các ứng dụng chuyển đổi năng lượng mới, đồng thời phù hợp với các kịch bản chuyển mạch tần số cao, công suất trung bình đến cao.

I. Đặc điểm quy trình và kiến ​​trúc cốt lõi của RBN75H125S1FP4-A0

RBN75H125S1FP4-A0 IGBT sử dụng công nghệ cổng rãnh thế hệ tiếp theo của Renesas kết hợp với quy trình wafer siêu mỏng 65 μm, tối ưu hóa hiệu suất chuyển đổi nguồn ở cấp độ chip. Nó cũng sử dụng gói năng lượng TO-247plus chuyên dụng, đảm bảo cả sự ổn định về cấu trúc và hiệu suất nhiệt. Con chip này sử dụng thiết kế wafer chia đôi, với wafer IGBT chính có kích thước 8,7 × 6,4 mm và wafer FRD tích hợp có kích thước 6,3 × 3,4 mm. Bao bì tích hợp nguyên khối này giúp loại bỏ nhiễu từ các tham số ký sinh mạch do điốt bên ngoài gây ra, từ đó tăng cường tính ổn định và tích hợp của các mạch chuyển mạch nguồn.

So với các thiết bị IGBT truyền thống, ưu điểm quy trình cốt lõi của RBN75H125S1FP4-A0 nằm ở tổn thất được tối ưu hóa và độ ổn định được nâng cao: tấm bán dẫn siêu mỏng giảm đáng kể tổn thất dẫn điện, trong khi điện dung truyền ngược được tối ưu hóa (Cres) ngăn chặn hiệu quả hiện tượng đổ chuông chuyển mạch, nhờ đó giảm nhiễu điện từ và tổn thất chuyển mạch trong điều kiện hoạt động tần số cao; Cấu trúc cổng rãnh tối ưu hóa chính xác các đặc tính điều khiển cổng, cải thiện tốc độ phản hồi chuyển mạch để đáp ứng nhu cầu hoạt động chuyển mạch tần số cao. Hơn nữa, thiết bị hỗ trợ nhiệt độ tiếp giáp tối đa 175°C, mang lại sự ổn định khi vận hành ở nhiệt độ cao tuyệt vời và khiến thiết bị phù hợp với môi trường công nghiệp khắc nghiệt.

II. Các thông số nhiệt và điện chính của RBN75H125S1FP4-A0 (Các chỉ số cốt lõi cho công tắc nguồn)

Với các thông số điện được cân bằng tốt, RBN75H125S1FP4-A0 là lựa chọn ưu tiên cho các công tắc nguồn trung và cao thế. Các thông số cốt lõi của nó được thiết kế chính xác để đáp ứng nhu cầu chuyển đổi năng lượng tần số cao. Các thông số chính cụ thể như sau:

- Điện áp và dòng điện định mức: Điện áp cực thu-cực phát định mức (Vces) = 1250 V; dòng thu liên tục (Ic) = 75 A; dòng điện cực đại lên tới 300 A. Khoảng dòng điện lớn cho phép thiết bị chịu được các xung tải, khiến thiết bị phù hợp với các ứng dụng chuyển mạch công suất từ ​​trung bình đến cao;

- Thông số tổn hao trạng thái bật: Độ sụt điện áp bão hòa cực thu-phát điển hình VCE(sat) = 1,8 V. Độ sụt điện áp bão hòa thấp giúp giảm hiệu quả tổn thất điện năng ở trạng thái bật, từ đó cải thiện hiệu suất chuyển đổi tổng thể của hệ thống;

- Hiệu suất quản lý nhiệt và tiêu thụ điện năng: Công suất tiêu thụ tối đa 517 W; điện trở nhiệt tiếp giáp với vỏ θj-c = 0,29 °C/W và điện trở nhiệt tiếp giáp với vỏ của diode θj-cd = 0,45 °C/W. Đặc tính quản lý nhiệt tuyệt vời cho phép tản nhiệt nhanh chóng trong quá trình vận hành chuyển mạch, ngăn chặn sự cố do nhiệt độ cao;

- Thông số rò rỉ và độ ổn định: Dòng rò cổng-cực phát chỉ 1 μA, dẫn đến tổn thất điện năng rò rỉ cực thấp và giảm tiêu thụ năng lượng ở chế độ chờ; thiết bị có tính năng chịu ngắn mạch đáng tin cậy và khả năng chống chịu tải ngắn mạch tuyệt vời;

- Đặc điểm đóng gói: Gói xuyên lỗ ba chân TO-247plus với cách bố trí chân cắm hợp lý và diện tích tiếp xúc tản nhiệt lớn, tạo điều kiện thuận lợi cho việc hàn và lắp ráp thành sản phẩm cuối cùng cũng như gắn vào tản nhiệt, phù hợp cho sản xuất hàng loạt công nghiệp.

III. Ưu điểm chính của IGBT RBN75H125S1FP4-A0 với FRD tích hợp

Là một IGBT có điốt phục hồi nhanh (FRD) tích hợp, RBN75H125S1FP4-A0 giải quyết một cách toàn diện nhiều điểm yếu liên quan đến các giải pháp rời rạc truyền thống trong các ứng dụng chuyển mạch nguồn, với những ưu điểm chính đáp ứng nhu cầu chuyển mạch tần số cao, hiệu quả cao và độ tin cậy cao.

Thứ nhất, kiến ​​trúc tích hợp giúp đơn giản hóa việc thiết kế mạch, loại bỏ nhu cầu sử dụng thêm điốt quay tự do. Điều này giúp giảm số lượng linh kiện bên ngoài, giảm thiểu kích thước của bảng mạch điện, giảm độ phức tạp của việc định tuyến mạch và giảm chi phí vật liệu. Đồng thời, nó giảm thiểu điện cảm và điện dung ký sinh do nối dây các bộ phận rời rạc, nhờ đó tránh được hiện tượng tăng vọt điện áp và nhiễu chuông trong quá trình chuyển đổi tần số cao và tăng cường độ ổn định của mạch. Thứ hai, FRD tích hợp sử dụng quy trình phục hồi tốc độ cao, mang lại khả năng phục hồi ngược nhanh chóng và tổn thất phục hồi thấp. Trong các điều kiện chuyển đổi tần số cao và chuyển đổi tải tự do bằng tải cảm ứng, điều này làm giảm đáng kể tổn thất điện năng trong giai đoạn chuyển đổi tự do, phù hợp với các đặc tính chuyển đổi tần số cao của IGBT.

Hơn nữa, việc tích hợp IGBT và FRD trên một tấm bán dẫn duy nhất đảm bảo khả năng kết hợp nhiệt tuyệt vời và tăng nhiệt độ đồng đều trên toàn bộ thiết bị, từ đó ngăn chặn sự suy giảm hiệu suất do chênh lệch nhiệt độ giữa các thành phần riêng biệt và kéo dài tuổi thọ sử dụng cũng như độ ổn định vận hành của toàn bộ hệ thống chuyển mạch nguồn một cách hiệu quả. Kết hợp với thiết kế Cres thấp, thiết bị tạo ra dạng sóng chuyển mạch mượt mà hơn và lượng phát xạ điện từ thấp hơn, loại bỏ nhu cầu về các mạch triệt tiêu EMI phức tạp và tối ưu hóa hơn nữa mức tiêu thụ điện năng cũng như khả năng tương thích điện từ của hệ thống.

IV. Khả năng thích ứng của nguyên tắc hoạt động của công tắc nguồn

Là một công tắc nguồn được điều khiển bằng điện áp, RBN75H125S1FP4-A0 đạt được khả năng chuyển đổi bật/tắt nhanh chóng thông qua điện áp ổ đĩa cổng, khiến nó hoàn toàn phù hợp với nhiều cấu trúc liên kết chuyển đổi nguồn DC-AC và DC-DC khác nhau. Khi đặt một điện áp dương vào cổng, kênh IGBT sẽ bật, thiết lập đường dẫn dòng điện trong mạch chính để dẫn điện; khi điện áp cổng bị loại bỏ hoặc điện áp âm được đặt vào, kênh sẽ tắt nhanh chóng, làm gián đoạn dòng điện trong mạch chính và hoàn thành thao tác chuyển mạch.

Trong điều kiện tải cảm ứng, lực điện động ngược được tạo ra tại thời điểm tắt trong RBN75H125S1FP4-A0 có thể bị tiêu tán nhanh chóng thông qua FRD tích hợp, giải phóng năng lượng được lưu trữ trong cuộn cảm và ngăn chặn các xung điện áp gây ra sự cố thiết bị, nhờ đó đạt được khả năng bảo vệ vòng kín của mạch chuyển mạch. Nhờ quy trình chế tạo tấm bán dẫn được tối ưu hóa, thiết bị có tốc độ chuyển mạch nhanh và độ trễ chuyển mạch thấp, cho phép hoạt động ổn định trong điều kiện điều chế tần số cao, kiểm soát chính xác công suất đầu ra cũng như chuyển đổi và điều tiết năng lượng điện hiệu quả.

V. Các kịch bản ứng dụng điển hình cho RBN75H125S1FP4-A0

Tận dụng những lợi thế toàn diện của nó—bao gồm định mức điện áp cao 1250V, công suất dòng điện cao 75A, tổn thất thấp ở tần số cao và khả năng tản nhiệt tuyệt vời—RBN75H125S1FP4-A0 được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng chuyển mạch công suất từ ​​trung bình đến cao trong ngành công nghiệp và các lĩnh vực năng lượng mới. Các lĩnh vực ứng dụng cốt lõi của nó như sau:

- Hệ thống biến tần quang điện (PV): Được sử dụng trong các bộ chuyển đổi nguồn của các bộ biến tần PV và biến tần vi mô nối lưới, đáp ứng yêu cầu chuyển đổi năng lượng tần số cao của hệ thống PV và nâng cao hiệu suất chuyển đổi quang điện;

- Bộ nguồn liên tục (UPS): Đóng vai trò là thiết bị chuyển mạch lõi trong hệ thống UPS công nghiệp và UPS lưu trữ năng lượng, đảm bảo chuyển mạch nguồn ổn định và đáp ứng yêu cầu độ tin cậy cao về cung cấp điện liên tục;

- Thiết bị hàn công nghiệp: Mô-đun chuyển đổi nguồn tần số cao dùng cho nguồn điện hàn, có khả năng chịu được các chuyển mạch quá độ và dao động tải thường xuyên, phù hợp với các điều kiện vận hành khắt khe của thiết bị hàn;

- Hệ thống chuyển đổi năng lượng đa năng: Thiết bị chuyển đổi năng lượng trung và cao áp như các bộ biến tần công nghiệp, bộ nguồn truyền động động cơ và bộ chuyển đổi lưu trữ năng lượng, cho phép điều chỉnh và chuyển mạch năng lượng hiệu quả.

VI. Tóm tắt các ứng dụng tổng thể cho RBN75H125S1FP4-A0

Bóng bán dẫn công tắc nguồn RBN75H125S1FP4-A0 IGBT của Renesas với FRD tích hợp, sử dụng quy trình wafer siêu mỏng cổng rãnh, đặc tính tổn thất thấp, hiệu suất tản nhiệt cao và kiến ​​trúc tích hợp, giải quyết hoàn hảo các điểm yếu của các thiết bị chuyển mạch nguồn truyền thống, cụ thể là tổn thất cao, độ phức tạp của mạch và độ ổn định kém. Với định mức định mức 1250V/75A, dải nhiệt độ hoạt động rộng 175°C và đặc tính chuyển mạch tần số cao tuyệt vời, nó đóng vai trò là giải pháp hiệu suất cao cho các ứng dụng chuyển đổi năng lượng tần số cao trung và cao áp, trung bình và công suất cao. Kết hợp hiệu quả cao, tiết kiệm năng lượng, độ tin cậy cao và chi phí thấp, nó là thiết bị chuyển mạch lõi được ưa thích trong lĩnh vực điện tử công nghiệp và chuyển đổi năng lượng mới.