Рубрики
Электроприводы

Умственные силовые модули (IPM) серии L: низкие утраты и помехи, новое управление

Умственные силовые модули (IPM) серии L: низкие утраты и помехи, новое управление Нобутаке Танигучи Такахиро Иноуе Ойген Штумпф Андрей Скачков Андрей Корнев Новая разработка Митсубиши

Умственные силовые модули (IPM) серии L: низкие утраты и помехи, новое управление Нобутаке Танигучи
Такахиро Иноуе
Ойген Штумпф
Андрей Скачков
Андрей Корнев

Новая разработка Митсубиши Electric Corporation — серия L умственных силовых модулей (IPM) выделяется наименьшими размерами корпуса, имеет малые утраты благодаря применению 5-го поколения IGBT кристаллов (CSTBT) и низкие помехи благодаря новейшей схеме управления.

Разработка IGBT кристаллов

Для сокращения утрат в L-серии употребляется биполярный транзистор с trench («канавочным») затвором с скоплением носителей заряда (CSTBT) 5-го поколения IGBT в новейшей схеме умственных силовых модулей (IPM). CSTBT — это силовой кристалл нового типа, дающий потрясающий компромисс меж низким прямым падением напряжения и динамическими потерями IGBT на выключение.

Для понижения помех при выключении оборотного диодика новый IPM употребляет ту же самую технологию управления временем жизни заряда, что и 4-е поколение умственных силовых модулей.

Внедрение новых силовых кристаллов в купе с новым методом управления, описанным ниже, и образует 5-е поколение умственных силовых модулей, отличающееся значимым понижением утрат и помех.

Разработка схемы управления

Хотя понижение утрат на переключение нередко связано с ростом электрических помех, и, напротив, понижение электрических помех нередко значит рост утрат на переключение, способ управления IGBT был пересмотрен, после этого были разработаны новые интегральные схемы управления, обеспечивающие 5-му поколению умственных силовых модулей IPM лучшие характеристики для этих 2-ух черт.

В стандартной технологии управляющей схемы, применявшейся прямо до 4-го поколения S-DASH умственных силовых модулей, характеристики, определяющие скорость переключения (выходное напряжение драйвера, сопротивление затвора Rg), не были бы изменены. Потому, устанавливая скорость переключения так, чтоб уменьшить электрические помехи, тем повышали динамические утраты инвертора.

Но в цепях нового силового модуля скорость переключения может изменяться меж 2-мя уровнями тока коллектора IGBT. Рис. 1 представляет блок-диаграмму схемы управления 5-го поколения умственных силовых модулей, а рис. 2 — временную диаграмму для схемы управления. На рисунке: Vin — управляющий входной сигнал, Ic — ток коллектора, Vics — напряжение сенсора коллекторного тока и Ig — ток затвора. Если ток коллектора Ic меньше порогового тока компаратора, IGBT врубается единственным источником тока (SW1: ON, SW3: OFF), но когда ток коллектора Ic больше порогового тока компаратора, IGBT врубается 2-мя источниками тока SW1 и SW3.

Умственные силовые модули (IPM) серии L: низкие утраты и помехи, новое управление
Рис. 1. Схема управления для 5-го поколения умственных силовых модулей
Умственные силовые модули (IPM) серии L: низкие утраты и помехи, новое управление
Рис. 2. Временная диаграмма работы схемы управления

В итоге напряжение затвора растет в области малого коллекторного тока более плавненько, обеспечивая «мягкое включение» и возможность понижения электрических помех, понижая dv/dt при выключении оборотного диодика. С другой стороны, в сильноточной области переключение происходит с обыкновенной скоростью, делая вероятным понижение утрат.

Рис. 3 показывает зависимость dv/dt от тока коллектора с мягеньким включением и без него. В области малого коллекторного тока мягкое включение значительно уменьшит dv/dt при выключении оборотного диодика.

Умственные силовые модули (IPM) серии L: низкие утраты и помехи, новое управление
Рис. 3. Зависимость dv/dt от тока коллектора при выключении оборотного диодика

Рис. 4 указывает линию движения Vec при выключении оборотного диодика с мягеньким переключением и без него. При токах меньше 50% номинального тока достигается уменьшение dv/dt, когда IGBT врубается. На рис. 5 представлены результаты измерения помех радиочастотного спектра, когда работает электродвигатель с умственными силовыми модулеями 4-го и 5-го поколения.

Умственные силовые модули (IPM) серии L: низкие утраты и помехи, новое управление
Рис. 4. Зависимость Vec от тока коллектора при выключении оборотного диодика

Эти помехи в новых силовых модулях сокращены приблизительно на 10 дБ. Описанный чуть повыше подход предлагает способ, который уменьшает как помехи, так и утраты в новеньком модуле.

Разработка корпусирования

Было создано три новых типа корпуса для 5-го поколения умственных силовых модулей (рис. 6 и 7).

Умственные силовые модули (IPM) серии L: низкие утраты и помехи, новое управление
Рис. 6. Серия L 5-го поколения умственных силовых модулей

Силовые модули номиналом 50~300 A/600 B и 25~150 A/1200 B выпускаются в 2-ух корпусах с силовыми контактами на болтах (тип А и С на рис. 7). Выбор расширен серией изделий в корпусе со штырьковыми силовыми контактами для номиналов 50~75 A/600 B и 25~75 A/1200 B (тип B на рис. 7).

Корпус силовых модулей 5-ого поколения на 32% меньше корпуса 4-го поколения (S-DASH серия) в отношении площади монтажной поверхности для модулей на 50~150 A/600 B и 50~75 A/1200 B. Уменьшение размера и веса силовых модулей достигнуто благодаря оптимизации топологии кристаллов и размещения электродов.

Для корпусов модулей на 200~300 А/600 В и 100~150 A/1200 B положение силовых и управляющих контактов такое же, как в 4-м поколении серии S-DASH, при всем этом размер подложки уменьшен и сохранена сопоставимость по геометрии креплений с предшествующим поколением силовых модулей.

Таким макаром, при улучшении характеристик, также общей производительности и технологии корпусирования, обеспечивающей сокращение размеров корпуса и сопоставимость с предшествующим поколением, новые умственные силовые модули 5-го поколения содействуют увеличению производительности силового оборудования.