MOSFET czy IGBT?

Rys. 5. Procentowe zmiany sprzedaży półprzewodników dużej mocy w latach 2008-2010, w podziale na trzy grupy procentowe. W 2008 roku aż połowa dostawców zanotowała spadek sprzedaży

Rynek podzespołów można też uznać dzisiaj za dojrzały w zakresie obszarów aplikacyjnych dla tranzystorów MOSFET i IGBT. Te pierwsze zdominowały aplikacje niskonapięciowe - w zakresie napięć do około 50V MOSFET-y oferują dzisiaj znakomite parametry, w tym bardzo niską rezystancję w stanie włączenia i zdolność do obciążania nawet małych elementów dużymi, kilkudziesięcioamperowymi prądami.

W zakresie napięć do około 500V, elementy te też są pierwszym wyborem dla konstruktorów. Przewaga tranzystorów IGBT zaczyna się w aplikacjach zasilanych jeszcze wyższym napięciem. W takim zakresie MOSFET-y mają już wyraźnie gorsze parametry, np. RDS(ON) rzędu pojedynczych omów.

Dla układów dużej mocy bywa to dyskwalifikujące, natomiast bez problemu udaje się nabyć znakomite IGBT na napięcie 1-1,5kV. Innymi słowy, w zakresie półprzewodników mocy istnieje coraz bardziej wyraźny podział aplikacyjny rynku wyznaczany przez najlepsze zakresy parametrów elementów mocy.

Przełączniki inteligentne dla wygody konstruktorów

Rys. 6. Ocena pierwszych czterech miesięcy 2011 roku

Poza tradycyjnymi elementami dyskretnymi i modułami istnieje jeszcze jedna grupa podzespołów dużej mocy, którą można uznać za rynkową nowość wyznaczającą kierunek ewolucji rynku. Są to IPS, czyli Intelligent Power Switch. Nazwa ta kryje najczęściej tranzystor MOSFET dużej mocy, który w jednej obudowie został zintegrowany z dodatkowymi obwodami poprawiającymi jego funkcjonalność.

Liczba dodatków zależy od wersji IPS-a i producenta, niemniej typowe bloki obejmują interfejs logiczny pozwalający na sterowanie elementu standardowymi poziomami napięcia dla TTL/CMOS, driver sterujący bramką MOSFET-a, układ pomiaru prądu i obwody zabezpieczenia, np. przed przepięciami lub też zbyt dużą wartością slew-rate.

Są też wersje z wbudowanym układem sterującym i obwodem bootstrapu pozwalającym na pracę przełącznika w dodatniej szynie zasilającej, uwalniający od problemów ze sterowaniem bramką. Innymi słowy, w ramach IPS-a zamiast pojedynczego tranzystora konstruktor dostaje gotowy przełącznik. Elementy IPS są dostępne raczej na umiarkowany zakres prądów i napięć, ale podobnie jak to dzieje się z wieloma innymi podzespołami elektronicznymi, z czasem zakres aplikacyjny poszerza się w stronę większych mocy.

Zaletą inteligentnych przełączników jest wbudowanie do wnętrza obudowy obwodów, które i tak zwykle towarzyszą MOSFET-om w układach elektronicznych, przez co są one łatwiejsze w aplikowaniu i w ostatecznym rozliczeniu także tańsze.

Szczególne problemy konstruktorom sprawiają obwody zabezpieczeń przez przepięciami i stromymi impulsami napięcia, bo obciążenia o indukcyjnym charakterze są typowe w omawianych obszarach aplikacyjnych, a wrażliwość na przepięcia tranzystorów MOSFET niestety jest duża. Znaczenie rynkowe poszczególnych grup półprzewodników dużej mocy pokazane zostało na rysunku 2.

Zdaniem ankietowanych specjalistów blisko połowę rynku półprzewodników mocy od strony asortymentu tworzą tyrystory i IGBT. Spore znaczenie przypisano też MOSFET-om, natomiast znaczenie rynkowe modułów wypadło bardzo słabo. Być może specjaliści traktują je już obecnie jako podstawowe bloki konstrukcyjne i dwa tranzystory w jednej obudowie uważają za standard, a nie ponadnormatywną funkcjonalność.

Alibaba na problemy z alokacją?

Tabela 2. Dane kontaktowe do firm wymienionych w tabeli 1

Podstawowym problemem rynku podzespołów półprzewodnikowych dużej mocy jest obecnie alokacja dostaw. O ile dla wielu popularnych podzespołów problemy z dostępnością już się praktycznie skończyły, o tyle dla komponentów przeznaczonych do aplikacji profesjonalnych niestety jeszcze trwają.

Ogranicza to dostawcom możliwość zarabiania i wydłuża czas realizacji projektów. Jedynym pocieszeniem w czasie alokacji dostaw może być to, że wiele podzespołów dużej mocy można zakwalifikować jako standardowe i uniwersalne oraz dostępne u wielu producentów.

W przypadku omawianej grupy wyrobów akurat typowe obudowy i podobne parametry sprzyjają dywersyfikacji dostawców, co łagodzi trochę te niedogodności. Niemniej nie jest to pocieszające dla dystrybutorów, gdyż w odpowiedzi na kłopoty na rynku krajowym działy zaopatrzenia szukają elementów za granicą, co widać chociażby po tym, że coraz więcej firm krajowych korzysta z Alibaby - chińskiej platformy B2B, za pomocą której można kupić także półprzewodniki.