Módulos de semiconductores

Módulos semiconductores – transistores de potencia, tiristores y diodos en paquetes modulares

Los módulos semiconductores son elementos de potencia discretos en paquetes modulares (DBC, Press-Pack, SKiiP) para montaje cómodo en disipador. Incluyen módulos IGBT, transistores MOSFET, tiristores SCR, módulos GTO, puentes rectificadores (de diodos y mixtos), módulos IGCT y conjuntos modulares para convertidores, variadores de frecuencia y accionamientos. Utilizados en accionamientos eléctricos industriales, tracción ferroviaria, SAI, fotovoltaica, máquinas de soldadura inversora y equipos médicos. Fabricantes clave: Semikron (Danfoss), Infineon, Mitsubishi Electric, ABB Semiconductors, Fuji Electric, IXYS, Vishay, ON Semiconductor.

Tipos de módulos semiconductores

• Módulos IGBT (transistor bipolar de puerta aislada) – tensión colector-emisor V_CE 600 V–6,5 kV; corriente 25 A–3600 A; configuraciones half-bridge, full-bridge, 3 fases, NPC; termistor NTC integrado; Infineon FZ/FF, Mitsubishi CM/FM, Semikron SKM/SEMiX
• Módulos MOSFET de potencia – V_DS 60 V–1200 V; corriente hasta 600 A; R_DS(on) ultra-bajo (SiC, GaN); conmutación rápida 100 kHz+; Infineon OptiMOS/CoolSiC, Wolfspeed C3M, ROHM SCT, ON Semiconductor
• Módulos tiristores SCR y GTO – tensión de bloqueo hasta 8 kV; corriente hasta 4000 A; aplicaciones AC/DC: rectificadores multipulso, reguladores de tensión, traction drives; Semikron SKKD, ABB 5SNA, Mitsubishi TM
• Puentes rectificadores (de diodos) – configuraciones monofásico B2, trifásico B6; tensión inversa 200 V–4500 V; corriente 15 A–2700 A; montaje atornillado o press-pack; Semikron SKD, Vishay VS-GBPC, Infineon DD
• Módulos SiC (carburo de silicio) – conmutación hasta 650 kHz; V_DS 650 V–3300 V; pérdidas de conmutación 5× menores que Si-IGBT; para fotovoltaica, cargadores VE, SAI; Infineon CoolSiC, Wolfspeed Xd3, ROHM XT4, ON Semiconductor NVH
• Módulos GaN (nitruro de galio) – V_DS 100 V–900 V; E_oss < 1 µJ; para LLC, Totem-Pole PFC, carga inalámbrica; EPC, GaN Systems, Navitas, Transphorm

Parámetros de selección

• Tensión de bloqueo (V_CE, V_DS, V_RRM) – con margen 1,5–2× sobre el máximo del sistema; tiene en cuenta los transitorios de conmutación
• Corriente continua (I_C, I_D, I_T) y corriente de pico – dimensionado en función del ciclo de trabajo y el factor de conducción
• Tecnología de silicio – Si-IGBT (industria, accionamientos), Si-MOSFET (fuentes de alimentación), SiC (alta frecuencia, VE, FV), GaN (frecuencia muy alta)
• Resistencia térmica Rth(j-c) – crítica para el dimensionado del disipador; valores de la hoja de datos; IGBT vs SiC: SiC da menos pérdidas pero T_j_max más alta
• Paquete modular – SKiip (contacto por muelle, sin soldadura); tornillo estándar; press-pack; compatibilidad con disipador (agujeros de montaje, superficie IEC)
• Compatibilidad con el driver de puerta – nivel de tensión de puerta (±15 V IGBT, +20/−5 V SiC, +6/−3 V GaN); tiempo de subida di/dt

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