कंपनी ब्लॉग के बारे में पुनर्नवीनीकरण एसटी पावर ट्रांजिस्टरःआईजीबीटी,पावर द्विध्रुवीय,पावर एमओएसएफईटी,पावरगेन,सीआईसी एमओएसएफईटी

ST पावर ट्रांजिस्टर को रीसायकल करें: IGBTs, पावर बाइपोलर, पावर MOSFETs, PowerGaN, SiC MOSFETs

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I. ST पावर बाइपोलर जंक्शन ट्रांजिस्टर (BJTs)

पावर बाइपोलर जंक्शन ट्रांजिस्टर (BJTs) क्लासिक करंट-नियंत्रित पावर डिवाइस हैं और औद्योगिक रूप से पहले पावर ट्रांजिस्टर में से थे। वर्षों की तकनीकी विशेषज्ञता का लाभ उठाते हुए, ST ने अत्यधिक विश्वसनीय और लागत प्रभावी बाइपोलर जंक्शन ट्रांजिस्टर उत्पादों की एक श्रृंखला विकसित की है, जिसे मुख्य रूप से मध्यम- और निम्न-वोल्टेज, कम-आवृत्ति, उच्च-वर्तमान स्थिर-अवस्था संचालन स्थितियों के लिए डिज़ाइन किया गया है।

1. मुख्य संचालन सिद्धांत

पावर बाइपोलर जंक्शन ट्रांजिस्टर बाइपोलर कंडक्टिव डिवाइस हैं जो बेस इनपुट पर निर्भर करते हैं ताकि करंट को लगातार नियंत्रित किया जा सके, एमिटर और कलेक्टर के बीच करंट के कंडक्शन और कटऑफ को ड्राइव किया जा सके; इलेक्ट्रॉन और होल दोनों वाहक कंडक्शन प्रक्रिया में भाग लेते हैं। करंट-संचालित, पूरी तरह से नियंत्रित डिवाइस के रूप में, उन्हें ऑपरेशन के दौरान ऑन-स्टेट बनाए रखने के लिए एक निरंतर बेस ड्राइव करंट की आवश्यकता होती है और इसमें गेट वोल्टेज नियंत्रण संरचना नहीं होती है।

2. मुख्य तकनीकी विशेषताएं

ST के पावर बाइपोलर ट्रांजिस्टर 15 V से 1,700 V तक की एक विस्तृत वोल्टेज रेंज को कवर करते हैं, और पारंपरिक और उच्च-गेन डार्लिंगटन कॉन्फ़िगरेशन दोनों वाले उत्पादों को शामिल करते हैं, जिनकी वर्तमान रेटिंग कई एम्पीयर से लेकर कई सौ एम्पीयर तक होती है। उनके मुख्य लाभों में कम संतृप्ति वोल्टेज, उच्च धाराओं पर कम स्थिर-अवस्था चालन हानि, मजबूत शॉक प्रतिरोध, परिपक्व विनिर्माण प्रक्रियाएं, कम लागत और बाजार में दशकों से सिद्ध विश्वसनीयता शामिल है।

हालांकि, इन उपकरणों में महत्वपूर्ण कमियां हैं: धीमी स्विचिंग गति, जिसमें ऑपरेटिंग आवृत्तियां आमतौर पर 50 kHz से नीचे होती हैं, जिससे वे उच्च-आवृत्ति रूपांतरण अनुप्रयोगों के लिए अनुपयुक्त हो जाते हैं; उच्च ड्राइव हानि, जिसके लिए निरंतर बेस करंट की आवश्यकता होती है और ड्राइव सर्किट में उच्च बिजली की खपत होती है; और अपेक्षाकृत उच्च स्विचिंग हानि, जिसमें डायनामिक प्रतिक्रिया गति MOSFETs और IGBTs की तुलना में बहुत कम होती है। नतीजतन, उन्हें धीरे-धीरे नए पावर डिवाइसों द्वारा प्रतिस्थापित किया जा रहा है और अब केवल पारंपरिक अनुप्रयोगों में बनाए रखा जाता है जहां वे आवश्यक बने हुए हैं।

3. मुख्य अनुप्रयोग परिदृश्य

इनका मुख्य रूप से पारंपरिक औद्योगिक नियंत्रण अनुप्रयोगों में उपयोग किया जाता है जो कम आवृत्ति, कम गति और उच्च स्थिर-अवस्था वर्तमान की विशेषता रखते हैं, जिसमें कम-आवृत्ति मोटर ड्राइव, लाइन-आवृत्ति स्विचिंग पावर सप्लाई, रिले ड्राइवर, औद्योगिक वोल्टेज विनियमन सर्किट, छोटे पैमाने के इन्वर्टर उपकरण और ऑडियो पावर एम्पलीफायर सर्किट शामिल हैं। वे मुख्य रूप से उपभोक्ता और निम्न-स्तरीय औद्योगिक उपकरणों में नियोजित होते हैं जहां स्विचिंग आवृत्ति की आवश्यकता नहीं होती है और लागत नियंत्रण प्राथमिकता होती है।

II. ST पावर MOSFETs (सिलिकॉन-आधारित)

सिलिकॉन-आधारित पावर MOSFETs ST के सबसे व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले और विविध प्रकार के मध्यम- और निम्न-वोल्टेज पावर डिवाइस हैं। वोल्टेज-नियंत्रित यूनिपोलर डिवाइस के रूप में जो कंडक्शन के लिए केवल बहुमत वाहकों पर निर्भर करते हैं, उन्होंने बाइपोलर ट्रांजिस्टर की उच्च-आवृत्ति सीमाओं को पूरी तरह से दूर कर लिया है और छोटे- और मध्यम-शक्ति उच्च-आवृत्ति पावर इलेक्ट्रॉनिक सिस्टम के लिए मुख्य डिवाइस हैं। ST पावर MOSFET उत्पादों की एक पूरी श्रृंखला प्रदान करता है, जिसमें निम्न-वोल्टेज, मध्यम- और उच्च-वोल्टेज, और सुपर-जंक्शन प्रकार शामिल हैं, जो सामान्य-उद्देश्य और उच्च-स्तरीय औद्योगिक अनुप्रयोगों दोनों को कवर करते हैं।

1. मुख्य संचालन सिद्धांत

पावर MOSFETs वोल्टेज-संचालित, पूरी तरह से नियंत्रित डिवाइस हैं जो गेट और स्रोत के बीच थ्रेशोल्ड वोल्टेज के माध्यम से चैनल कंडक्शन और टर्न-ऑफ को नियंत्रित करते हैं। चालकता केवल इलेक्ट्रॉनों पर एकमात्र चार्ज वाहक के रूप में निर्भर करती है, जिसमें कोई अल्पसंख्यक वाहक पुनर्संयोजन प्रक्रिया नहीं होती है, जिसके परिणामस्वरूप अत्यंत तेज स्विचिंग प्रतिक्रिया समय होता है। डिवाइस में अत्यंत उच्च इनपुट प्रतिबाधा होती है और स्थिर-अवस्था संचालन के दौरान लगभग कोई ड्राइव करंट की आवश्यकता नहीं होती है, जिससे ड्राइव सर्किट सरलीकृत हो जाते हैं और बिजली की खपत न्यूनतम होती है।

2. मुख्य तकनीकी विशेषताएं

ST के सिलिकॉन-आधारित पावर MOSFETs 20 V से 900 V तक की वोल्टेज रेंज, मिलीएम्पीयर से लेकर कई सौ एम्पीयर तक की करंट रेंज, और 100 kHz से कई MHz तक की ऑपरेटिंग आवृत्तियों को कवर करते हैं, जिससे वे उच्च-आवृत्ति रूपांतरण अनुप्रयोगों के लिए आदर्श रूप से अनुकूल होते हैं। उनके मुख्य लाभों में तेज स्विचिंग गति, अत्यंत कम स्विचिंग हानि, सरल ड्राइव आवश्यकताएं, अच्छी थर्मल स्थिरता, हस्तक्षेप के प्रति मजबूत प्रतिरक्षा, और द्वितीयक ब्रेकडाउन का कोई जोखिम नहीं शामिल है।

ST की मालिकाना प्रौद्योगिकियों में सुपरजंक्शन कूलएमओएस और सुप्रीमएमओएस श्रृंखला शामिल हैं, जो अनुकूलित चिप आर्किटेक्चर के माध्यम से ऑन-रेसिस्टेंस (Rds(on)) को काफी कम करती हैं, जिससे कम चालन हानि और उच्च शक्ति घनत्व प्राप्त होता है। एक सीमा उच्च-वोल्टेज स्थितियों के तहत फॉरवर्ड वोल्टेज ड्रॉप में ध्यान देने योग्य नुकसान है; 600 V से ऊपर के उच्च-वोल्टेज, उच्च-शक्ति अनुप्रयोगों में, चालन हानि IGBT उपकरणों की तुलना में अधिक होती है।

3. मुख्य अनुप्रयोग परिदृश्य

छोटे- और मध्यम-शक्ति उच्च-आवृत्ति पावर इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं, ये उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स और दूरसंचार उपकरणों में मुख्य घटक हैं। विशिष्ट अनुप्रयोगों में मोबाइल फोन एडॉप्टर, पीसी स्विचिंग पावर सप्लाई, सर्वर और दूरसंचार पावर सप्लाई, डीसी-डीसी कन्वर्टर, निम्न-वोल्टेज मोटर ड्राइव, स्मार्ट होम कंट्रोल सिस्टम और ऑटोमोटिव निम्न-वोल्टेज पावर सप्लाई सिस्टम शामिल हैं।

III. ST IGBT (इंसुलेटेड-गेट बाइपोलर ट्रांजिस्टर)

IGBT एक मिश्रित पावर डिवाइस है जो MOSFETs और बाइपोलर ट्रांजिस्टर के लाभों को जोड़ता है, जो उच्च-वोल्टेज, उच्च-वर्तमान और मध्यम-से-उच्च-आवृत्ति संचालन की आवश्यकताओं को पूरी तरह से संतुलित करता है। यह मध्यम- और उच्च-वोल्टेज, उच्च-शक्ति औद्योगिक पावर इलेक्ट्रॉनिक सिस्टम में मुख्य घटक के रूप में कार्य करता है। ST की IGBT उत्पाद श्रृंखला कई अनुप्रयोग स्तरों को कवर करती है - जिसमें उपभोक्ता, औद्योगिक, ऑटोमोटिव और रेल परिवहन शामिल हैं - और विभिन्न प्रकार की शक्ति और आवृत्ति स्थितियों के लिए उपयुक्त है।

1. मुख्य संचालन सिद्धांत

IGBT एक MOSFET की गेट-वोल्टेज ड्राइव संरचना को एक बाइपोलर ट्रांजिस्टर की उच्च-वर्तमान चालन संरचना के साथ एकीकृत करता है। इनपुट साइड वोल्टेज-संचालित संचालन और कम ड्राइव बिजली की खपत को सक्षम करने के लिए एक MOSFET संरचना का उपयोग करता है; आउटपुट साइड एक बाइपोलर चालन संरचना को नियोजित करता है, जो अल्पसंख्यक वाहक इंजेक्शन के माध्यम से उच्च-वोल्टेज चालन वोल्टेज ड्रॉप को कम करता है। इस प्रकार यह यूनिपोलर उपकरणों की उच्च-आवृत्ति विशेषताओं को बाइपोलर उपकरणों के कम चालन हानि लाभों के साथ जोड़ता है।

2. मुख्य तकनीकी विशेषताएं

ST IGBTs 600 V से 6.5 kV तक की वोल्टेज रेंज और कई हजार एम्पीयर तक की वर्तमान रेटिंग को कवर करते हैं, जिससे वे अल्ट्रा-हाई-पावर अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त होते हैं। उनकी ऑपरेटिंग आवृत्तियां आमतौर पर कई kHz से 50 kHz तक होती हैं, जिससे वे मध्यम- से उच्च-आवृत्ति, उच्च-शक्ति रूपांतरण परिदृश्यों के लिए उपयुक्त होते हैं। उनके मुख्य लाभों में उच्च वोल्टेज और धाराओं पर अत्यंत कम चालन हानि, उच्च वर्तमान घनत्व, उच्च वोल्टेज सहन क्षमता, सरल ड्राइव आवश्यकताएं और उत्कृष्ट स्थिरता शामिल हैं।

डिवाइस की सीमाओं में टर्न-ऑफ प्रक्रिया के दौरान टेलिंग करंट, पावर MOSFETs और वाइड-बैंडगैप उपकरणों की तुलना में कम स्विचिंग गति, और उच्च-आवृत्ति स्थितियों के तहत स्विचिंग हानि में महत्वपूर्ण वृद्धि शामिल है, जिससे यह MHz-स्तर के उच्च-आवृत्ति अनुप्रयोगों के लिए अनुपयुक्त हो जाता है। ST ने विभिन्न परिदृश्यों के लिए विशेष श्रृंखलाएं लॉन्च की हैं, जैसे हाई-स्पीड IGBTs, लो-लॉस IGBTs और ऑटोमोटिव-ग्रेड IGBTs, जो हानि और आवृत्ति विशेषताओं को संतुलित करती हैं।

3. मुख्य अनुप्रयोग परिदृश्य

मध्यम- और उच्च-वोल्टेज, उच्च-शक्ति पावर इलेक्ट्रॉनिक्स अनुप्रयोगों पर ध्यान केंद्रित करना, जिसमें औद्योगिक चर-आवृत्ति मोटर ड्राइव, यूपीएस (अनइंटरप्टिबल पावर सप्लाई) सिस्टम, औद्योगिक वेल्डिंग मशीन, इंडक्शन हीटिंग उपकरण, फोटोवोल्टिक और पवन ऊर्जा इन्वर्टर, इलेक्ट्रिक वाहन नियंत्रण प्रणाली, रेल परिवहन कर्षण कन्वर्टर, और उच्च-वोल्टेज औद्योगिक वोल्टेज स्टेबलाइजर्स शामिल हैं।

IV. ST Power GaN (गैलियम नाइट्राइड) डिवाइस

GaN (गैलियम नाइट्राइड) डिवाइस तीसरी पीढ़ी के वाइड-बैंडगैप सेमीकंडक्टर डिवाइस हैं। ST मुख्य रूप से सिलिकॉन-आधारित GaN पावर डिवाइस को बढ़ावा देता है, जो उच्च-आवृत्ति, उच्च-दक्षता और लघुकृत पावर रूपांतरण अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त हैं। इन उपकरणों ने सिलिकॉन-आधारित उपकरणों की आवृत्ति और दक्षता सीमाओं को पार कर लिया है और उच्च-आवृत्ति, मध्यम-से-निम्न-शक्ति उच्च-स्तरीय पावर सप्लाई को अपग्रेड करने के लिए मुख्य घटक हैं।

1. मुख्य संचालन सिद्धांत

ST के GaN पावर डिवाइस एन्हांसमेंट-मोड वोल्टेज-नियंत्रित डिवाइस हैं। वाइड-बैंडगैप GaN सामग्री की उच्च इलेक्ट्रॉन गतिशीलता विशेषताओं का लाभ उठाते हुए, उन्हें सिलिकॉन-आधारित उपकरणों में पाए जाने वाले PN-जंक्शन कंडक्शन संरचना की आवश्यकता नहीं होती है। इसके बजाय, वे उच्च-गति चालन प्राप्त करने के लिए दो-आयामी इलेक्ट्रॉन गैस (2DEG) पर निर्भर करते हैं। उनकी वाहक गतिशीलता और संतृप्ति बहाव वेग सिलिकॉन से कहीं अधिक हैं, जिससे नैनोसेकंड रेंज में स्विचिंग प्रतिक्रिया समय सक्षम होता है।

2. मुख्य तकनीकी विशेषताएं

ST के GaN डिवाइस मुख्य रूप से 100 V और 650 V वोल्टेज रेटिंग में उपलब्ध हैं, जो उत्कृष्ट मुख्य लाभ प्रदान करते हैं: स्विचिंग गति सिलिकॉन-आधारित MOSFETs से कहीं अधिक है, जिसमें ऑपरेटिंग आवृत्तियां दसियों MHz तक पहुंचती हैं, जिसके परिणामस्वरूप स्विचिंग हानि काफी कम हो जाती है; ऑन-रेसिस्टेंस अत्यंत कम है, जिससे समान विनिर्देश के सिलिकॉन-आधारित उपकरणों की तुलना में ऑन-स्टेट हानि बेहतर होती है; डिवाइस छोटे आकार के होते हैं और काफी उच्च शक्ति घनत्व प्रदान करते हैं, जिससे पावर सप्लाई उपकरण का लघुकरण और वजन कम होता है।

सिलिकॉन-आधारित उपकरणों की तुलना में, GaN डिवाइस उच्च तापमान और उच्च-वोल्टेज ब्रेकडाउन के प्रति अधिक प्रतिरोध प्रदान करते हैं, जिसमें रिवर्स रिकवरी हानि शून्य के करीब होती है, जिससे उच्च-आवृत्ति संचालन स्थितियों के तहत रिवर्स हानि की समस्या पूरी तरह से हल हो जाती है। उनके नुकसान में सिलिकॉन-आधारित उपकरणों की तुलना में उच्च लागत, ड्राइव सर्किट परिशुद्धता के लिए सख्त आवश्यकताएं, और पीसीबी लेआउट और प्रक्रिया डिजाइन पर अधिक मांग वाली बाधाएं शामिल हैं।

3. मुख्य अनुप्रयोग परिदृश्य

ये डिवाइस मुख्य रूप से उच्च-आवृत्ति, उच्च-दक्षता, और लघुकृत उच्च-स्तरीय पावर रूपांतरण अनुप्रयोगों के लिए लक्षित हैं, जिनमें उच्च-स्तरीय फास्ट-चार्जिंग पावर सप्लाई, उच्च-आवृत्ति सर्वर पावर सप्लाई, दूरसंचार बेस स्टेशन पावर सप्लाई, वाहनों के लिए ऑन-बोर्ड चार्जर (OBCs), उच्च-आवृत्ति डीसी-डीसी कन्वर्टर, हल्के नए ऊर्जा पावर सप्लाई, और एयरोस्पेस क्षेत्र के लिए छोटे पैमाने के पावर उपकरण शामिल हैं।

V. ST SiC MOSFET (सिलिकॉन कार्बाइड)

SiC (सिलिकॉन कार्बाइड) MOSFET वर्तमान में उच्च-वोल्टेज, उच्च-शक्ति क्षेत्र में प्रमुख वाइड-बैंडगैप डिवाइस हैं। ST ने सभी मध्यम- और उच्च-वोल्टेज पावर रेटिंग को कवर करने वाले वाणिज्यिक SiC MOSFETs की एक व्यापक श्रृंखला विकसित की है। उनकी अल्ट्रा-हाई वोल्टेज सहन क्षमता, अल्ट्रा-लो हानि और उच्च-तापमान प्रतिरोध के कारण, वे धीरे-धीरे पारंपरिक सिलिकॉन-आधारित IGBTs को प्रतिस्थापित कर रहे हैं ताकि नए ऊर्जा अनुप्रयोगों के लिए उच्च-स्तरीय, उच्च-शक्ति उपकरणों में मुख्य घटक बन सकें।

1. मुख्य संचालन सिद्धांत

ST SiC MOSFETs 4H-SiC मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन कार्बाइड सामग्री से निर्मित होते हैं और यूनिपोलर वोल्टेज-नियंत्रित डिवाइस होते हैं। वे कंडक्शन के लिए केवल इलेक्ट्रॉन वाहकों पर निर्भर करते हैं और अल्पसंख्यक वाहक टेलिंग प्रभाव से मुक्त होते हैं, जिससे सिलिकॉन-आधारित IGBTs से जुड़ी स्विचिंग हानि बाधा पूरी तरह से हल हो जाती है। सामग्री का बैंडगैप चौड़ाई, ब्रेकडाउन क्षेत्र शक्ति और थर्मल चालकता सिलिकॉन से कहीं अधिक है, जो उच्च-वोल्टेज, उच्च-आवृत्ति अनुप्रयोगों के लिए असाधारण उपयुक्तता प्रदान करती है।

2. मुख्य तकनीकी विशेषताएं

ST के वाणिज्यिक SiC MOSFETs 650 V से 3,300 V तक की वोल्टेज रेंज को कवर करते हैं, जिसमें प्रोटोटाइप डिवाइस 6,500 V तक पहुंचते हैं, जिससे वे अल्ट्रा-हाई-वोल्टेज, उच्च-शक्ति अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त होते हैं। उनकी मुख्य विशेषताओं में उच्च ब्रेकडाउन क्षेत्र शक्ति, उच्च-तापमान प्रतिरोध और उत्कृष्ट थर्मल चालकता शामिल है, जो उच्च-तापमान और कठोर परिस्थितियों में स्थिर संचालन को सक्षम करती है; उनमें अत्यंत तेज स्विचिंग गति होती है, जिसमें स्विचिंग हानि सिलिकॉन-आधारित IGBTs के एक तिहाई से भी कम होती है; वे उच्च-वोल्टेज, उच्च-वर्तमान स्थितियों के तहत अत्यंत कम चालन हानि प्रदर्शित करते हैं, जिसमें समग्र ऊर्जा दक्षता सिलिकॉन-आधारित उपकरणों से कहीं अधिक होती है।

GaN उपकरणों की तुलना में, SiC उपकरणों में उच्च वोल्टेज रेटिंग, बेहतर उच्च-तापमान प्रतिरोध और अधिक शक्ति क्षमता होती है, जिससे वे उच्च-वोल्टेज, उच्च-शक्ति अनुप्रयोगों के लिए आदर्श होते हैं; उनके नुकसान में उच्चतम डिवाइस लागत, पैकेजिंग और ड्राइव प्रक्रियाओं के लिए सख्त आवश्यकताएं, और सिस्टम डिजाइन के लिए अपेक्षाकृत उच्च बाधा शामिल है।

3. मुख्य अनुप्रयोग परिदृश्य

उच्च-स्तरीय, उच्च-वोल्टेज, उच्च-शक्ति, उच्च-दक्षता और उच्च-विश्वसनीयता अनुप्रयोगों पर ध्यान केंद्रित करना, ये नए ऊर्जा उद्योग में मुख्य घटक हैं। अनुप्रयोगों में नए ऊर्जा वाहनों के लिए मुख्य ड्राइव इन्वर्टर, ऑन-बोर्ड उच्च-वोल्टेज डीसी-डीसी कन्वर्टर, सुपर-चार्जिंग स्टेशन, बड़े पैमाने पर फोटोवोल्टिक और पवन ऊर्जा इन्वर्टर, ऊर्जा भंडारण पीसीस सिस्टम, उच्च-वोल्टेज औद्योगिक चर-आवृत्ति उपकरण, रेल परिवहन कर्षण प्रणाली, और उच्च-स्तरीय सैन्य पावर उपकरण शामिल हैं।