Российская силовая электроника вытесняет импорт

Российский производитель микроэлектроники «Ангстрем» объявил о старте продаж гражданской коммерческой продукции, созданной в рамках программы импортозамещения на 2014-2016 годы. Ассортимент компании пополнился сразу целой линейкой силовой электроники, причём уровень производства позволяет конкурировать с зарубежными производителями даже без учёта более низких цен.

Сотрудники «Ангстрема» сумели разработать за этот год более 300 наименований транзисторов и модульных сборок, актуальных для жилищно-коммунального хозяйства, общественного транспорта и строительства. При этом разработан полный цикл производства, от кристаллов и до окончательной сборки в корпус. Разработанный ассортимент представляет собой силовые IGBT- и FRD-модули, а также силовые IGBT/MOSFET-транзисторы:

«Основными потребителями силовых модулей на основе биполярных транзисторов с изолированным затвором (IGBT) и быстровосстанавливающихся диодов (FRD) являются производители общественного транспорта на электрической тяге, а также компании, эксплуатирующие его. Большое количество IGBT-модулей используется в сфере ЖКХ, а именно в лифтовом оборудовании, системах водо- и теплоснабжения) и энергетике. Особо стоит выделить тот факт, что российские разработчики ориентировались на самые массовые в применении силовые IGBT-модули. В настоящее время уже можно заказать на «Ангстреме» масштабную линейку модулей в диапазоне напряжений от 600В до 1700В и максимальных токов от 75А до 600А, имеющих различные конфигурации: полумост, чоппер, одиночный ключ. Новая российская силовая электроника выполнена в наиболее распространённых корпусах 34 и 62 мм: MPP-34, MPP-62, MPP-62-2. Все корпуса выполнены по международным стандартам, применяемым при проектировании силовых модулей».

Попробуем разобраться в процитированном, чтобы было понятно и не специалистам, и оценить важность разработки на школьном уровне физики.

Отличительная особенность силовых транзисторов IGBT — это изоляция управляющего затвора от силовой цепи, полное название прибора это описывает: «биполярный транзистор с изолированным затвором». Проще говоря, для управления таким мощным транзистором не требуется значительной мощности тока в управляющей цепи, и коммутационная схема работает отдельно от силовой, на низких значениях мощности тока.

Такие транзисторы широко востребованы в частотных преобразователях двигателей переменного тока, мощность которых может доходить до 1 МВт. Понятно, что классический транзистор такого не выдержит. При этом частота коммутационных действий и вольтамперные характеристики IGBT-транзистора лучше, чем у обычного биполярного, что выражается в значительном снижении потерь статического и динамического типа, устойчивости к воздействию короткого замыкания (до 50 микросекунд - по данным производителя).

Отсутствие управляющего тока силовой мощности позволяет обходиться без гальванической изоляции схем управления и даёт возможность конструирования интегральных схем, содержащих IGBT-транзисторы. Проще говоря: дешевле, надёжнее, безопаснее, компактнее.

Директор департамента продаж силовой электроники ОАО «Ангстрем» Евгений Кузьмин указывает на стратегическую важность разработки:

«Сегодня почти 100% силовых модулей, используемых в коммунальном хозяйстве и электрическом общественном транспорте, иностранного производства. … Стоимость же отечественных IGBT-модулей не будет так жестко привязана к валютным колебаниям».

Уже выпускаемые модули рассчитаны на напряжение от 600–1700В и максимальные токи 75–600А. Освоено производство элементов различных конфигураций: полумост, чоппер (нижний или верхний), одиночный ключ, трехфазный полумост.

Также уже сейчас освоены корпуса типов SEMITRANS2, SEMITRANS3, SEMITRANS4 и ECONOPACK3.

Быстровосстанавливающиеся диоды (FRD) - крайне востребованная группа силовой электроники. Диоды принято делить на выпрямительные (предназначены для преобразования переменного тока в постоянный) и быстродействующие (используются в преобразователях постоянного тока в переменный), которые выдерживают значительные динамические нагрузки (переходы от проводящего к непроводящему состоянию).

Если время обратного восстановления стандартных диодов —25-100 мкс, то быстровосстанавливающиеся диоды имеют время обратного восстановления до 3-5 мкс (понятно, что при этом снижаются допустимые значения прямого тока и обратного напряжения), а наиболее быстродействующие диоды — даже до 0,1-0,5 мкс, что позволяет их использовать в высокочастотных цепях с частотами в 10 кГц и выше, а также в импульсных цепях.

Возможность не зависеть от иностранных производителей в столь стратегически важной области — убедительная победа российской электроники. При этом, по словам производителя, наша продукция надёжнее: она устойчива к коротким замыканиям и имеет более «мягкие» характеристики переключения FRD-диодов.

На означенном рубеже «Ангстрем» не останавливается: уже ведется разработка модулей на 3300В и кристаллов IGBT и SFRD на 4500В и 6500В. Объём рынка в обсуждаемой области — около 5 миллиардов рублей, есть куда вторгаться.

Но, конечно, главное — это импортозамещение, в котором «Ангстрем» принимает активное участие: уже сейчас мы можем полностью закрыть свои потребности в IGBT-модулях большой мощности в разработанном диапазоне характеристик.

При этом на гражданской силовой электронике «Ангстрем» не зацикливается: уже разрабатываютсяДМОП-транзисторы для аппаратуры космического назначения и другие радиационно-стойкие силовые коммутаторы.

Главный конструктор ОАО «Ангстрем» Павел Машевич считает, что предприятию по силам импортозамещение в области силовой микроэлектроники приблизительно на 90% в ближайшем будущем:

«Буквально за два года мы должны наверстать тот разрыв в создании и производстве электронной компонентной базы, который образовался у нас в результате провала конца 80-х и 90-х годов прошлого века. Целью ОКРов является отработка технологии производства новейшего поколения ЭКБ для стратегически важных, военной и космической, сфер».

Во всех подобных новостях радует, во-первых, одновременно ведущиеся гражданские и военные и специальные разработки (чего, к сожалению, не было в СССР), а во-вторых, такие вот прорывы: практически никакого пиара, как это было бы на Западе — работаем, работаем… и вдруг — внезапно! — разработали как минимум на передовом международном уровне и запускаем в производство. Причём именно в стратегически важных областях.