회사 블로그 Infineon IKW25N120T2 1200V 25A IGBT 트랜지스터 (역병렬 다이오드 포함)

Shenzhen Mingjiada Electronics Co., Ltd.는 Infineon의 IKW25N120T2 1200V 25A IGBT 트랜지스터를 역병렬 다이오드와 함께 공급합니다.IKW25N120T2 모델 및 제품 포지셔닝

I.IKW25N120T2 모델 및 제품 포지셔닝

IKW25N120T2는 Infineon의 2세대(T2) TRENCHSTOP 시리즈의 1200V/25A 단일 트랜지스터 IGBT입니다. 'DuoPack' 구성을 활용하여 PG-TO-247-3 플라스틱 패키지 내에 IGBT 칩과 소프트 복구, 고속 복구 이미터 제어 다이오드를 통합했으며, 주문 코드는 IKW25N120T2FKSA1이고 실크스크린 마킹은 K25T1202입니다.

모델 명칭은 사양을 명확하게 나타냅니다. 'IK'는 역병렬 다이오드가 있는 IGBT를 나타내고(반면 'IG'로 시작하는 명칭은 다이오드가 없는 단일 칩 IGBT를 나타냄), 'W'는 TO-247 패키지를 나타냅니다. 25는 100°C의 케이스 온도에서 25A의 정격 컬렉터 전류를 나타내고, 120은 1200V의 전압 정격을 나타냅니다. T2는 Infineon의 4세대 IGBT(IGBT4)의 트렌치 게이트 필드 스톱 구조에서 파생된 칩 기술을 갖춘 TRENCHSTOP 2세대 플랫폼을 나타냅니다. 공식적으로 권장되는 스위칭 주파수 범위는 2kHz ~ 20kHz이며, 스위칭 손실을 고려하면서 전도 손실을 우선시하는 '저주파 하드 스위칭' 장치로 포지셔닝되어 고주파 작동을 위해 설계된 H3 시리즈를 보완합니다.

II.IKW25N120T2

기술 플랫폼 및 구조적 특징

이 장치의 핵심에는 트렌치 게이트와 필드 스톱으로 구성된 복합 구조가 있습니다. 트렌치 게이트는 채널을 평면에서 수직으로 변환하여 셀 밀도와 트랜스컨덕턴스를 향상시킵니다. 필드 스톱 층은 드리프트 영역의 꼬리 끝에 버퍼를 형성하여 칩을 더 얇게 제조하면서도 1,200V의 항복 전압을 유지할 수 있도록 하여 포화 전압 강하와 턴오프 테일 전류를 동시에 줄입니다. 이전의 평면 게이트 IGBT와 비교하여 이 세대는 단순히 온 상태 손실과 스위칭 손실을 교환하는 것이 아니라 정적 및 동적 특성 모두에서 개선을 제공합니다.

역병렬 다이오드는 이미터 제어, 고효율(HE) 설계를 채택하며, 매우 부드러운 복구 파형과 제어 가능한 복구 전하가 특징입니다. 이는 IGBT가 켜질 때 다이오드의 피크 역 복구 전류를 억제하여 턴온 손실과 EMI를 줄입니다. 이것은 또한 'DuoPack' 패키지의 실용적인 가치입니다. IGBT와 다이오드는 동일한 제조업체에서 동일한 칩 영역에 맞도록 설계 및 일치됩니다. 사용자는 별도의 고속 복구 다이오드를 직접 선택할 필요가 없어 공간과 비용을 절약하고 불일치 오류를 피할 수 있습니다.IKW25N120T2

IKW25N120T2

주요 정적 파라미터

컬렉터-이미터 전압(VCE)은 1200V(VGE = 0V 및 IC = 500μA에서 측정)이고, 최대 게이트-이미터 전압은 ±20V이며, 작동 접합 온도 범위는 -40°C ~ +175°C이고, 저장 온도 범위는 -55°C ~ +150°C입니다.

전류 용량은 두 가지 수준으로 나뉩니다. 케이스 온도(TC) 25°C에서 50A의 DC 컬렉터 전류는 TC = 110°C에서 25A로 감소합니다. 이것이 '25A' 정격의 기원을 설명합니다. 펄스 컬렉터 전류 ICPuls는 100A(Tjmax 제한)이고, 턴오프 안전 작동 영역(SOA)도 100A(VCE ≤ 1,200V, Tj ≤ 175°C)입니다. 다이오드 측: 순방향 전류는 TC = 25°C에서 40A, TC = 110°C에서 25A이고, 펄스 전류는 100A입니다.

VGE = 15V 및 IC = 25A 조건에서 포화 전압 강하 VCEsat는 25°C에서 일반적으로 1.7V(최대 2.2V), 150°C에서 일반적으로 2.1V, 175°C에서 일반적으로 2.2V입니다. 이 수치는 1200V/25A 클래스에서는 낮은 편이며, T2 플랫폼의 '낮은 VCEsat' 판매 포인트를 직접 반영합니다. 더 중요하게는 VCEsat는 양의 온도 계수를 나타냅니다. 즉, 고온에서 전압 강하가 감소하는 대신 증가합니다. 여러 장치가 병렬로 연결될 때 전류는 자연스럽게 균형을 이루어 개별 장치가 전류를 '가로채는' 것으로 인한 열 폭주를 방지합니다. 결과적으로 제조업체는 '쉬운 병렬 연결'을 기능으로 명시적으로 나열합니다.

기타 정적 파라미터: 게이트 임계 전압 VGEth는 5.2V / 5.8V / 6.4V(최소 / 일반 / 최대)이고, 트랜스컨덕턴스 gfs는 일반적으로 13.5S(VCE = 20V, IC = 25A)입니다. 이러한 넓은 임계 전압 분포는 장치가 로직 레벨 드라이버(예: 3.3V 또는 5V)와 직접 호환되지 않음을 의미합니다. +15V 턴온 전압을 갖춘 전용 IGBT 드라이버를 사용해야 합니다. 제로 게이트 전압 누설 전류 ICES는 25°C 및 1200V에서 약 0.4mA, 150°C에서 약 4mA이며, 175°C에서는 20mA에 도달할 수 있습니다. 고온 차단 손실은 고전압 대기 또는 고온 환경에서 고려해야 하며 일반 온도 값으로 추정할 수 없습니다.IKW25N120T2

IV.

IKW25N120T2

동적 파라미터 및 스위칭 손실

입력 커패시턴스 Ciss는 1600pF, 출력 커패시턴스 Coss는 155pF, 역 전달 커패시턴스 Crss는 90pF(VCE = 25V, VGE = 0V, 1MHz)입니다. 게이트 전하 QGate는 120nC(VCC = 960V, IC = 25A, VGE = 15V)입니다. 이 데이터 세트는 드라이브 전력을 결정합니다. Qg × ΔVGE × fsw 공식을 사용하여 추정한 10kHz에서의 게이트 드라이브 전력은 약 0.12μC × 23V × 10k ≈ 28mW입니다. 드라이버 자체의 부하는 매우 가볍습니다. 주요 문제는 밀러 커패시턴스로 인한 dv/dt로 인한 잘못된 트리거링이며, 드라이브 전력 부족이 아닙니다.

유도 부하 조건에서 VCC = 600V, IC = 25A, VGE = 0/15V, RG = 16.4Ω에서 테스트 조건 하에 25°C에서의 스위칭 특성은 다음과 같습니다. 턴온 지연 td(on) 27ns, 상승 시간 tr 20ns, 턴오프 지연 td(off) 265ns, 하강 시간 tf 95ns, 턴온 에너지 Eon 1.55mJ, 턴오프 에너지 Eoff 1.35mJ, 총 스위칭 에너지 Ets 2.9mJ입니다. 175°C에서는 td(on) 25ns, tr 24ns, td(off) 340ns, tf 164ns, Eon 2.25mJ, Eoff 2.05mJ, Ets 4.3mJ입니다.IKW25N120T2175°C에서 4.3mJ의 Ets를 기준으로 스위칭 손실은 10kHz에서 약 43W, 20kHz에서 약 86W입니다. 이것이 제조업체가 상한선을 20kHz로 설정한 이유입니다. 더 높은 주파수에서는 스위칭 손실이 효율성 향상을 빠르게 침식하여 H3 또는 IGBT7 장치의 영역에 속하게 될 것입니다.

V.

IKW25N120T2

역병렬 다이오드 상세 정보IKW25N120T2이 데이터 세트의 '부드러운' 특성은 상대적으로 완만한 dirr/dt에 반영되며, 이는 고온에서 더 느려집니다. 복구 과정은 가파른 전류 감소가 없어 버스 기생 인덕턴스에 걸친 큰 전압 스파이크를 유발하지 않아 우수한 EMI 성능을 제공합니다. 그 대가는 상대적으로 높은 Qrr(175°C에서 3.65μC)입니다. 20kHz 하드 스위칭 브리지 암에서는 다이오드 복구 손실이 총 손실의 상당 부분을 차지할 것입니다. 엔지니어링 절충은 다음과 같습니다. 애플리케이션이 낮은 노이즈, 낮은 전압 스파이크 및 전반적인 시스템 안정성을 우선시한다면 이 소프트 복구 조합이 적합합니다. 최고 수준의 고주파 효율성을 달성하는 것이 목표라면 H3 또는 IGBT7과 호환되는 더 빠른 복구 시간을 가진 다이오드를 대신 사용해야 합니다.

VI.

IKW25N120T2

단락 회로 내량 및 안전 작동 영역IKW25N120T2

10μs 창은 보호 설계에 명확한 요구 사항을 부과합니다. 불포화 감지를 위한 블랭킹 시간은 10μs 미만이어야 하며, 소프트 셧다운 기울기는 셧다운 시점의 di/dt가 스트레이 인덕턴스에 걸쳐 과전압을 유발하여 항복을 일으키지 않도록 충분히 완만해야 합니다. 10μs보다 긴 단락 회로는 필연적으로 고장을 초래하므로 이는 '선택적 보호'가 아니라 필수 요구 사항입니다. 또한 초기 접합 온도 175°C에서는 단락 회로 전류가 감소하고 창이 더 좁아진다는 점에 유의해야 합니다. 따라서 고온, 중부하 작동 조건에서 보호 임계값에 대한 마진을 허용해야 합니다.

VII.

IKW25N120T2

열 설계 및 전력 소산 추정IKW25N120T2일반적인 작동 조건 25A, 150°C 및 10kHz를 기반으로 한 대략적인 계산: 전도 손실은 약 25A × 2.1V ≈ 52.5W이고, 스위칭 손실은 약 2.9~4.3mJ × 10kHz ≈ 29~43W입니다. 이들의 합은 약 80~95W입니다. 0.43K/W의 Rthjc를 가정하면 접합과 케이스 사이의 온도 차이만으로도 35~41K입니다. 케이스 온도를 80°C로 제어하면 접합 온도는 이미 120~125°C에 가깝고 175°C 상한선 전에 약간의 여유가 있지만, 20kHz에서는 이 여유가 빠르게 줄어듭니다. 이는 이 장치가 고주파수를 처리하기 위해 작은 방열판을 강요하는 것보다 '중간 주파수, 고전류, 잘 설계된 방열판'을 포함하는 애플리케이션에 적합함을 나타냅니다.

다이오드의 열 저항은 IGBT의 거의 두 배(0.81K/W)입니다. 프리휠링 듀티 사이클이 높거나 역률이 낮은(즉, 높은 무효 전력 구성 요소) 브리지 회로에서는 다이오드 접합 온도가 먼저 한계에 도달할 수 있습니다. 방열판을 선택하고 접합 온도를 계산할 때 다이오드를 별도로 계산해야 합니다. IGBT의 열 저항 곡선에만 의존해서는 안 됩니다.

VIII.

IKW25N120T2

드라이버 및 병렬 구성의 주요 설계 고려 사항IKW25N120T2

TO-247 패키지의 내부 게이트 저항 RGint는 0이므로 전체 게이트 저항은 외부에서 제공되어 상당한 설계 유연성을 제공합니다. 그러나 이는 내부 댐핑이 없음을 의미합니다. 약간 더 긴 게이트 회로 트레이스만으로도 쉽게 진동이 발생할 수 있습니다. 따라서 레이아웃은 드라이브 회로를 장치에 최대한 가깝게 배치하고, 단일 지점 접지를 사용하며, 전력 회로와 게이트 회로 간의 커플링을 방지해야 합니다. 내부 이미터 인덕턴스(LE)는 약 13nH(케이스에서 5mm 측정)입니다. 공통 이미터 인덕턴스 효과 하에서 이 값은 턴오프 속도를 제한하고 전압 스파이크를 증가시킬 수 있습니다. 이는 켈빈 연결 또는 컴팩트 버스바를 레이아웃 중에 사용하여 이러한 효과를 억제해야 하는 영역입니다.

병렬 작동에 관해서는 VCEsat의 양의 온도 계수가 정적 전류 공유를 자연스럽게 촉진하며, 이는 공식적으로 '쉬운 병렬 연결'이라고 합니다. 그러나 병렬 연결 시 두 가지 주의 사항이 있습니다. 첫째, VGEth의 5.2~6.4V 범위는 턴온 타이밍에 약간의 변동을 일으킵니다. 동적 전류 공유는 각 장치에 대해 독립적인 게이트 저항을 사용하여 균형을 맞춰야 합니다. 둘째, 병렬 연결 후 총 Qg와 Ciss는 기하급수적으로 증가하므로 드라이버의 피크 전류를 그에 따라 증폭해야 합니다. 여러 장치에 단일 게이트 저항을 공유하는 것은 권장되지 않습니다.

IX.IKW25N120T2 일반적인 애플리케이션 시나리오