Mitsubishi разработала инвертер «all-SiC» для схем силовой тяги, выполненный на основе карбида кремния

Инженеры Mitsubishi создали специализированные МОП-транзисторы для 3-фазных инвертеров тяги из карбида кремния с рабочим током до 1,5 кА и напряжением 3,3 кВ. Это первые в мире инверторы нового типа, задействованные в системах тяги железнодорожных поездов.

Компания уже опробовала новую гибридную схему на базе кремниевых БТИЗ и карбид-кремниевых 1,7-кВ диодов Шоттки в системах тяги вагонов метро. Достигнута экономия потребления энергии в пределах 38,6 % по сравнению с традиционными решениями.

Специализированные 3,3-кВ 1,5-кА МОП-транзисторы на основе карбида кремния (SiC) и диоды Шоттки были разработаны специально в рамках нового проекта «all-SiC» и встроены в модули, включающие по 1 диоду и 1 транзистору. Один инвертор имеет 16 таких модулей. Коммутационные потери в инверторе на 55 % меньше в сравнении с эквивалентами на базе кремния.

Для достижения такого же низкого уровня потерь переключения, как и в кремниевых БТИЗ, разработчик оптимизировал структуру МОП-транзистора. Область управляющего p-n-перехода (на диаграмме отмечена как «JD») была легирована примесью высокоактивного азота, что способствовало снижению сопротивления открытого состояния на высоких температурах.

Для стабилизации уровня лавинного пробоя (~4 кВ) была разработана ограничивающая кольцевая структура, к которой подключаются выводы компонента. Также для повышения стабильности зона диода обратной полярности в структуре МОП-транзистора была оптимизирована с целью продления времени эксплуатации. Итоговая площадь активной зоны МОП-транзистора составила 0,83 кв.см., диода Шоттки – 0,74 кв.см.