Компания International Rectifier (IR) успешно сочетает как разработку и производство новейших изделий и компонентов, так и проектирование платформ и создание новых направлений для внедрения своих достижений. Многие инженерные и технологические решения IR стали промышленными стандартами в силовой электронике. Компания производит самую широкую гамму устройств для всего цикла преобразования электрической энергии. Продукция IR применяется везде, где требуется производительность и надежность электрического оборудования: в бытовой технике, промышленных электроприводах, автомобильных системах, зарядных устройствах и устройствах передачи данных. В данной статье мы остановимся на следующих группах продукции:

• Контроллеры синхронных выпрямителей (SmartRectifier);
• OR'ing (силовое ИЛИ = логическое ИЛИ по питанию) контроллеры для оптимальной реализации суммирования мощности от нескольких источников питания;
• Транзисторы MOSFET и IGBT (Warp Speed и Warp 2);
• Микросхемы высоковольтных драйверов MOSFET и IGBT;
• Миниатюрные модули для однофазных (iPowIR) и многофазных (xPhase) DC/DC-преобразователей;
• Микросхемы SupIRBuck для DC/DC-преобразователей;
• ШИМ-контроллеры для DC/DC-преобразователей.

На рисунке 1 показаны рекомендуемые производителем компоненты для изолированных AC/DC-преобразователей.

Рис. 1. Компоненты IR для изолированных AC/DC-преобразователей

На вторичной стороне AC/DC-преобразователя IR предлагает использовать аналоговый контроллер синхронного выпрямителя IR1167. Он относится к серии ИС «SmartRectifier» («интеллектуальный выпрямитель») и позволяет управлять n-канальным транзистором (или несколькими параллельно включенными транзисторами) в синхронном выпрямителе. Особенность принципа работы - измерение дифференциального напряжения между стоком и истоком силового MOSFET-транзистора, включенного вместо выпрямительного диода, и дальнейшая обработка этой информации с помощью компараторов с гистерезисом и специальных цепей задержек.

Экономические и эксплуатационные преимущества применения синхронного выпрямителя очевидны: существенное увеличение КПД преобразования - снижение тепловыделения, уменьшение габаритов печатной платы и корпуса прибора за счет уменьшения или полного отсутствия радиатора выпрямителя. Микросхема IR1167 позволяет создать простой, надежный и легко реализуемый синхронный выпрямитель с минимальным количеством внешних компонентов.

Благодаря новым разработкам компания занимает лидирующие позиции в производстве и разработке MOSFET напряжением до 250 В. Гордостью компании является производство транзисторов по технологии TrenchFET, которая позволяет одновременно снизить как сопротивление открытого канала транзистора, так и уменьшить значение заряда затвора. Таким образом, применение MOSFET International Rectifier позволяет существенно повысить КПД преобразования энергии и значительно сократить потери проводимости, уменьшить размеры теплоотвода и габариты устройства в целом. Транзисторы выпускаются в самых разнообразных корпусах и находят применение во многих областях: синхронных выпрямителях телекоммуникационных и промышленных преобразователей энергии, инверторах постоянного и переменного тока, источниках бесперебойного питания, силовых OR'ing узлах, электронных балластах ламп и светодиодов, приводе электроинструмента, силовой автоэлектронике, инверторах солнечных батарей и многих других.

В выходных каскадах источников питания все чаще применяют мощные полевые транзисторы в корпусе DirectFET. Эти транзисторы имеют столько преимуществ, что в настоящее время они доминируют в устройствах питания компьютерного оборудования и получили широкое распространение в источниках питания телекоммуникационного оборудования. Низкая паразитная индуктивность обеспечивает высокое качество переходных процессов в режимах переключения транзистора и возможность работы на высоких частотах ШИМ. Номенклатура выпускающихся транзисторов в корпусах DirectFET перекрывают диапазон напряжений 20...200 В, что позволяет применять их, например, в преобразовательных устройствах со всеми номиналами напряжения батарейного питания и напряжений телекоммуникационных шин.

Нельзя не отметить легендарные транзисторы IGBT серий Warp Speed и особенно Warp 2 с высоким быстродействием и низким напряжением насыщения в открытом состоянии, что позволяет заменять ими дорогие высоковольтные MOSFET. Эти транзисторы уже несколько лет пользуются заслуженной популярностью у разработчиков силовой техники.

Особого внимания заслуживают транзисторы Trench IGBT последних поколений. Trench IGBT шестого поколения (на 600 В) и седьмого поколения (на 1200 В) компании International Rectifier - это более высокие технические характеристики в сочетании с привлекательными ценами. Основные преимущества этих IGBT достигнуты благодаря технологии Trench (вертикальный затвор), что позволяет на 40% уменьшить площадь кристалла по сравнению с предыдущими поколениями. Это привело к существенному сокращению пути протекания тока и снижению потерь на проводимость. Благодаря улучшению технологии и резкому уменьшению размеров кристалла удалось снизить динамические и статические потери, обеспечив более высокие температурные характеристики. Транзисторы шестого поколения (Gen 6) производятся по технологии DS (Depletion Stop) Trench IGBT. Кристалл этих транзисторов имеет вертикальный затвор с еще меньшей толщиной (70 мкм) и блокирующий носители слой (depletion stop). Благодаря более низким потерям на переключение Trench IGBT могут работать на более высоких частотах по сравнению с транзисторами предыдущих поколений (до 30 кГц). Кроме того, Trench IGBT характеризуются прямоугольной областью безопасной работы и низким уровнем излучаемых электромагнитных помех. Универсальные Trench IGBT позволяют заменить широкую номенклатуру транзисторов разных частотных диапазонов, которые оптимизированы только для узкоспециальных приложений. Trench IGBT могут эффективно работать в широком диапазоне рабочих частот ШИМ. Они предназначены для применения в импульсных источниках питания до нескольких кВт, электроприводе, в бытовой технике (компрессоры, индукционный нагрев) и других преобразователях электрической энергии.

Этапы развития силовой электроники определяются достижениями в технологиях силовых ключей и схем управления. Динамические и статические параметры силовых приборов постоянно улучшаются, но мощными ключами необходимо эффективно управлять. Для сбалансированного взаимодействия между управляющей схемой и выходными каскадами и предназначены мощные драйверы MOSFET и IGBT. Драйверы IR имеют высокие выходные токи (до ±4 А), малые длительности фронта, спада, задержки и другие интересные отличительные особенности. Выпускаемые International Rectifier управляющие микросхемы предназначены для работы в любых конфигурациях силовых каскадов в диапазоне мощности до 3...5 кВт. Производство высоковольтных микросхем управления HVIC (High Voltage IC) вобрало в себя все достижения высоковольтных технологий, их развитие происходит все более быстрыми темпами, появляются дополнительные функциональные возможности, возрастает степень интеграции при уменьшении площади кристалла и стоимости. Воплощением всех этих достижений стали высоковольтные силовые микросхемы управления пятого поколения G5 HVIC.

На рисунке 2 приведена структура изолированного DC/DC-преобразователя и рекомендуемые серии компонентов IR для реализации.

Рис. 2. Структура изолированного DC/DC-преобразователя и рекомендуемые серии компонентов IR

Для достижения высокой плотности энергии в DC/DC-преобразователях IR предлагает широкий выбор модулей серии iPowIR со встроенными транзисторами MOSFET. На их основе разрабатывают источники питания с несколькими выходными напряжениями или с очень высоким выходным током путем сложения фаз от нескольких модулей iPowIR.

Для реализации многофазных модульных DC/DC-преобразователей International Rectifier предлагает распределенную архитектуру xPhase, которая состоит из микросхем управления несколькими фазами. Каналы в многофазной системе питания работают с оптимальными сдвигами по частоте для снижения пульсаций входных напряжений и импульсных помех по цепям питания. Фазы можно добавлять или убирать из системы без внесения существенных изменений. Предназначенная для этих целей микросхема IR3082 имеет пятиразрядный вход задания выходного напряжения, обеспечивая точность выходного напряжения 1%. Программируемая частота преобразования (от 150 кГц до 1 МГц) обеспечивает дополнительную гибкость для оптимизации эффективности системы и улучшения ее работы при резких изменениях параметров нагрузки.

Рис. 3. Однофазные и многофазные модули для неизолированных DC/DC-преобразователей

Для создания POL (Point of Load) конвертеров IR выпускает семейство силовых микросхем SupIRBuck^TM - синхронных импульсных понижающих DC/DC-преобразователей с широким диапазоном входных напряжений. Микросхемы SupIRBuck объединяют в своем составе высококачественную ИС управления синхронным выпрямителем и силовые Trench МОП-транзисторы HEXFET® последнего поколения. Это позволяет на 70% сократить площадь по сравнению с вариантом на дискретных компонентах и на 10% повысить КПД при полной загрузке по сравнению с конкурирующими микросхемами. Применение SupIRBuck значительно сокращает сроки и снижает риски новых разработок. Они являются эффективным дополнением к чипсетам ИС и МОП-транзисторам DirectFET для реализации многофазных преобразователей с архитектурой XPhase, самой эффективной архитектурой питания современных серверов и банков данных. Семейство микросхем разработано на диапазон входных напряжений 1,5...21 В и обеспечивает выходное напряжение от 0,6 до 14,5 В. Частота ШИМ может регулироваться от 250 до 1500 кГц. Низкий профиль корпуса (высота всего 0,9 мм) позволяет монтировать микросхемы на обратной стороне печатных плат, что идеально удовлетворяет требованиям высокой плотности монтажа.

Для реализации понижающих DC/DC-преобразователей с синхронным выпрямлением целесообразно применять силовые миниблоки из семейства iPowIR. Для достижения высокой объемной плотности миниблоков iPowIR в них содержится полноценный ШИМ-контроллер и оптимизированный силовой каскад на современных полупроводниковых приборах. Эти блоки часто используют совместно с многофазными чипсетами xPhase или с многофазными контроллерами.

Для облегчения расчета характеристик разрабатываемых приборов International Rectifier предлагает пакет программных продуктов. Предлагаются версии программ как для on-line расчета, так и версии для установки на компьютере разработчика:

• Power Factor Correction- on-line расчет и моделирование корректора коэффициента мощности;
• Point of Load - on-line расчет и моделирование источников питания iPowIR;
• Synchronous Rectification- on-line расчет и моделирование синхронных выпрямителей;
• Bus Converter- on-line расчет и моделирование DC/DC-преобразователей.
• Motor Control- on-line компилятор для конфигурирования цифрового контроллера управления электроприводом для платформы iMotion.

Конечно, компонентами, рассмотренными в этом обзоре, не исчерпывается все разнообразие продукции для управления питанием и регулирования мощности, поэтому дополнительную и более подробную информацию читатель может найти на сайте производителя http://www.irf.com/.

Получение технической информации, заказ образцов, поставка - e-mail: power.vesti@compel.ru