会社ブログについて Renesas RBN75H125S1FP4-A0 IGBTトランジスタ 電力交換用のFRD内蔵

Shenzhen Mingjiada Electronics Co., Ltd.は、パワースイッチングアプリケーション向けにFRDを内蔵したRenesas RBN75H125S1FP4-A0 IGBTトランジスタを発売しました。

RBN75H125S1FP4-A0 は、ルネサス エレクトロニクスの G8H シリーズの高性能シングルトランジスタ IGBT で、中電圧および高電圧、高周波電力スイッチング アプリケーション向けに特別に開発されました。このデバイスにはファスト リカバリ ダイオード (FRD) が統合されているため、外部フリーホイール ダイオードの必要性がなくなり、電源回路アーキテクチャが大幅に簡素化されます。このデバイスは、トレンチ ゲートおよび極薄ウェーハ コア プロセスを活用して、低オン状態損失、低スイッチング損失、および高い熱性能を兼ね備えています。最大 1250V の降伏電圧と 75A の連続コレクタ電流の定格パラメータを備えており、産業用インバータや新エネルギー電力変換アプリケーションの主流のコア電力スイッチング デバイスとして機能し、中出力から高出力、高周波数のスイッチング シナリオに適しています。

I. RBN75H125S1FP4-A0のコアアーキテクチャとプロセス特性

RBN75H125S1FP4-A0 IGBT は、ルネサスの次世代トレンチ ゲート技術と 65 μm の超薄ウェーハ プロ​​セスを組み合わせて利用し、チップ レベルで電力スイッチング性能を最適化します。また、専用の TO-247plus パワー パッケージを採用し、構造の安定性と熱効率の両方を保証します。このチップは分割ウェーハ設計を採用しており、メインの IGBT ウェーハの寸法は 8.7 × 6.4 mm、統合された FRD ウェーハの寸法は 6.3 × 3.4 mm です。このモノリシック集積パッケージは、外部ダイオードによって引き起こされる回路寄生パラメータからの干渉を排除し、それによって電力スイッチング回路の安定性と統合性を強化します。

従来の IGBT デバイスと比較して、RBN75H125S1FP4-A0 の核となるプロセスの利点は、損失の最適化と安定性の向上にあります。極薄ウェーハにより導通損失が大幅に低減され、最適化された逆伝達容量 (Cres) がスイッチング リンギングを効果的に抑制するため、高周波動作条件下での電磁干渉とスイッチング損失が低減されます。トレンチゲート構造によりゲート制御特性が精密に最適化され、スイッチング応答速度が向上し、高周波スイッチング動作の要求に応えます。さらに、このデバイスは 175°C の最大接合温度をサポートしており、優れた高温動作安定性を提供し、過酷な産業環境に適しています。

II. RBN75H125S1FP4-A0 の主要な電気的および熱的パラメータ (パワースイッチのコアメトリクス)

バランスの取れた電気パラメータを備えた RBN75H125S1FP4-A0 は、中電圧および高電圧のパワー スイッチとして最適です。そのコアパラメータは、高周波電力変換の要求を満たすように正確に調整されています。特定の主要なパラメータは次のとおりです。

- 定格電圧および電流: 定格コレクタ-エミッタ間電圧 (Vces) = 1250 V。連続コレクタ電流 (Ic) = 75 A;最大 300 A のピーク順電流。十分な電流ヘッドルームにより、デバイスは負荷スパイクに耐えることができるため、中出力から高出力のスイッチング アプリケーションに適しています。

- オン状態損失パラメータ: 標準的なコレクタ-エミッタ飽和電圧降下 VCE(sat) = 1.8 V。飽和電圧降下が低いため、オン状態での電力損失が効果的に低減され、システム全体の変換効率が向上します。

- 熱管理と消費電力性能: 最大消費電力 517 W。接合部からケースまでの熱抵抗 θj-c = 0.29 °C/W、ダイオードの接合からケースまでの熱抵抗 θj-cd = 0.45 °C/W。優れた熱管理特性により、スイッチング動作中に発生する熱を迅速に放散し、高温障害を防ぎます。

- 漏れ電流と安定性パラメータ: ゲート-エミッタ間の漏れ電流はわずか 1 μA であるため、漏れ電力損失が非常に低くなり、スタンバイ モードでのエネルギー消費が削減されます。このデバイスは、信頼性の高い短絡耐量と負荷短絡過渡に対する優れた耐性を備えています。

- パッケージングの特徴: TO-247plus 3 ピン スルーホール パッケージは、合理的なピン レイアウトと広い放熱接触面積を備え、最終製品へのはんだ付けや組み立て、ヒートシンクへの取り付けが容易で、工業的な量産に適しています。

Ⅲ． FRD を内蔵した RBN75H125S1FP4-A0 IGBT の主な利点

RBN75H125S1FP4-A0 は、高速リカバリ ダイオード (FRD) を統合した IGBT として、電力スイッチング アプリケーションにおける従来のディスクリート ソリューションに伴う数多くの問題点を包括的に解決し、高周波、高効率、高信頼性スイッチングの需要を満たす重要な利点を備えています。

まず、統合アーキテクチャにより回路設計が簡素化され、フリーホイール ダイオードを追加する必要がなくなりました。これにより、外部コンポーネントの数が減り、電源回路基板のサイズが最小化され、回路配線の複雑さが軽減され、材料コストが削減されます。同時に、ディスクリート部​​品の配線によって生じる寄生インダクタンスと寄生容量を最小限に抑えることで、高周波スイッチング時の電圧スパイクやリンギング干渉を回避し、回路の安定性を高めます。第二に、内蔵 FRD は高速回復プロセスを利用しており、迅速な逆回復と低い回復損失を実現します。これにより、高周波 PWM スイッチングおよび誘導性負荷フリーホイーリング条件中に、IGBT の高周波スイッチング特性と一致して、フリーホイーリング段階中の電力損失が大幅に低減されます。

さらに、単一のウエハ上に IGBT と FRD を統合することで、優れた熱整合とデバイス全体の均一な温度上昇が確保され、ディスクリート部​​品間の温度差によって引き起こされる性能低下が防止され、パワースイッチングシステム全体の耐用年数と動作安定性が効果的に延長されます。低 Cres 設計と組み合わせることで、このデバイスはよりスムーズなスイッチング波形と低い電磁放射を生成し、複雑な EMI 抑制回路の必要性を排除し、システムの消費電力と電磁適合性をさらに最適化します。

IV.電源スイッチの動作原理の適応性

電圧制御パワースイッチとして、RBN75H125S1FP4-A0 はゲート駆動電圧による高速オン/オフスイッチングを実現し、さまざまな DC-AC および DC-DC 電力変換トポロジに最​​適です。正の駆動電圧がゲートに印加されると、IGBT チャネルがオンになり、主回路内に電力を伝導するための電流経路が確立されます。ゲート電圧が除去されるか、負の電圧が印加されると、チャネルは急速にスイッチオフし、主回路の電流が遮断され、スイッチング動作が完了します。

誘導負荷条件下では、RBN75H125S1FP4-A0のスイッチオフの瞬間に発生する逆起電力は、内蔵FRDを介して急速に放散され、インダクタに蓄積されたエネルギーが放出され、電圧スパイクによるデバイスの破壊の原因となるのを防ぎ、スイッチング回路の閉ループ保護を実現します。最適化されたウェハ製造プロセスのおかげで、このデバイスは高速スイッチング速度と低いスイッチング遅延を特長としており、高周波 PWM 変調条件下での安定した動作、電力出力の正確な制御、電気エネルギーの効率的な変換と調整を可能にします。

V. RBN75H125S1FP4-A0 の典型的なアプリケーション シナリオ

RBN75H125S1FP4-A0は、1250Vの高電圧定格、75Aの大電流容量、高周波での低損失、優れた放熱などの総合的な利点を活かして、産業分野および新エネルギー分野の中～高出力スイッチングアプリケーションで広く使用されています。その中心的な応用分野は次のとおりです。

- 太陽光発電（PV）インバータシステム：系統接続された太陽光発電インバータおよびマイクロインバータの電力スイッチングユニットに使用され、太陽光発電システムの高周波電力変換要件を満たし、太陽光発電変換効率を向上させます。

- 無停電電源装置 (UPS): 産業用 UPS およびエネルギー貯蔵 UPS システムのコア スイッチング デバイスとして機能し、安定した電力スイッチングを保証し、無停電電源装置の高信頼性要件を満たします。

- 産業用溶接装置: 頻繁なスイッチング過渡現象や負荷変動に耐えることができ、溶接装置の厳しい動作条件に適した溶接電源用の高周波電力変換モジュール。

・汎用電力変換システム：各種産業用周波数変換器、モータ駆動用電源、蓄電用コンバータなど、効率的な電力調整やスイッチングを可能にする中高圧電力変換装置。

VI. RBN75H125S1FP4-A0 の全体的なアプリケーションの概要

ルネサスのRBN75H125S1FP4-A0 IGBTパワースイッチトランジスタは、FRDを統合し、トレンチゲート極薄ウェーハプロセス、低損失特性、高い放熱性能、統合アーキテクチャを利用しており、従来のパワースイッチングデバイスの問題点、つまり高損失、回路の複雑さ、安定性の低さに完全に対処します。 1250V/75Aの定格定格、175℃の広い動作温度範囲、優れた高周波スイッチング特性を備え、中高電圧、中高出力の高周波電力変換アプリケーション向けの高性能ソリューションとして機能します。高効率、省エネ、高信頼性、低コストを兼ね備えており、産業用パワーエレクトロニクスや新エネルギー電力変換の分野で推奨されるコアスイッチングデバイスです。