Рубрики
Оборудование

Силовые модули IGBT серии Mega Power Dual

Силовые модули IGBT серии Mega Power Dual Роман Фукалов Повсевременно возрастающий рынок силовой электроники просит от производителей силовые модули более высочайшей мощности и в более

Силовые модули IGBT серии Mega Power Dual Роман Фукалов

Повсевременно возрастающий рынок силовой электроники просит от производителей силовые модули более высочайшей мощности и в более малогабаритных корпусах. Компания Митсубиши Electric всегда отвечала требованиям рынка, поставляя доброкачественную и надежную продукцию. Новые модули Mega Power Dual (MPD), так же как и вся серия NF, сделаны на базе 5-ого поколения кристаллов IGBT CSTBT с технологией LPT. CSTBT (траншейный биполярный транзистор с скоплением носителей заряда) — это 2-ое поколение траншейных биполярных транзисторов, разработанное Митсубиши Electric. На рис. 1 представлена структура данного кристалла. Благодаря использованию дополнительного n-барьерного слоя меж p-базовым и n-слоем, удалось достигнуть равномерной плотности дырок меж анодом и катодом, что улучшило условия рекомбинации и позволило уменьшить утраты по сопоставлению с классическими траншейными транзисторами. К другим бесспорным плюсам последнего поколения кристаллов относятся положительный температурный коэффициент, низкие токи недлинного замыкания и уменьшенная по сопоставлению с первым поколением траншейных биполярных транзисторов емкость затвора.

Силовые модули IGBT серии Mega Power Dual
Рис. 1. Структура CSTBT (траншейный биполярный транзистор с скоплением носителей заряда)

В таблице представлена вся линейка модулей серии NF. Модули, рассчитанные на номинальный ток выше 600 A, получили заглавие Mega Power Dual (MPD). Модули MPD есть в 3-х номиналах- 900 A/1200 В, 1400 A/1200 В и 1000 A/1700 В.

Силовые модули IGBT серии Mega Power Dual
Таблица. Линейка модулей IGBT серии NF и MPD

Основная ниша продукции, где внедрение модулей MPD дает огромные достоинства, — это инверторы высочайшей мощности. Применение продукции серии MPD дает возможность избежать запараллеливания нескольких модулей и пользоваться только одним, что упрощает конструкцию инвертора и в конечном итоге увеличивает его надежность и сразу уменьшает цена сборки. Примером обычных систем, где внедрение модулей MPD имеет массу преимуществ, являются источники бесперебойного питания электропривода высочайшей мощности и инверторы для ветряных генераторов.

Конструктивные особенности MPD

При разработке устройств разработчики Митсубиши Electric руководствовались запросами рынка, что отразилось на конструкции модулей MPD. При конструировании инверторов, рассчитанных на огромные токи, принципиальное значение имеет конструкция шины неизменного тока. Внедрение низкоиндуктивной мультислойной шины для разводки звена неизменного тока — наилучшее решение для сотворения надежных конструкций, потому что это позволяет обеспечить работу устройства в границах SCSOA (область неотказной работы при маленьком замыкании), благодаря понижению выбросов напряжения. На рис. 2 представлен внешний облик модуля MPD IGBT на номинальный ток 1400 A и напряжение1200 В.

Силовые модули IGBT серии Mega Power Dual
Рис. 2. Внешний облик модуля MPD

Модуль MPD имеет значимые отличия по сопоставлению с обыкновенными модулями IGBT. Выводы для подключения шины неизменного тока имеют различную высоту (рис. 3). Это делает вероятным прямое подключение к ним мультислойной ламинированной шины неизменного тока без использования дополнительных средств сопряжения. Не считая того, контакты шины неизменного тока и выход полумоста размещены на обратных сторонах модуля, что упрощает конструкцию инвертора.

Силовые модули IGBT серии Mega Power Dual
Рис. 3. Подключение шины неизменного тока

На рис. 4 показано обычное подключение мультислойной шины к модулю MPD.

Силовые модули IGBT серии Mega Power Dual
Рис. 4. Подключение шины неизменного тока к MPD

Паразитная индуктивность внутренней разводки — одна из серьезнейших заморочек, с которой сталкиваются производители при разработке силовых модулей, рассчитанных на огромные токи. В модулях MPD разработчики Митсубиши Electric применили уникальную низкоиндуктивную шину. Структура этой шины представлена на рис. 5.

Силовые модули IGBT серии Mega Power Dual
Рис. 5. Мультислойная низкоиндуктивная шина

Внедрение новейшей шины позволило уменьшить внутреннюю индуктивность силового модуля до 16 nH. На рис. 6 представлены осциллограммы оборотного восстановления антипараллельного диодика для случаев внедрения обыкновенной шины и новейшей мультислойной низкоиндуктивной шины. Благодаря переходу на низкоиндуктивную шину, удалось снизить выбросы напряжения при оборотном восстановлении диодика более чем на 400 В. Сокращение паразитной индуктивности позволяет уменьшить размер снабберных конденсаторов, что также благоприятно влияет на конечную цена системы.

Устойчивость к термоциклам — важная черта, определяющая срок службы силовых модулей в составе инвертора. Различают два варианта термоциклирования, любой из которых отличается своим типом деградации модуля. Это недлинные циклы (Power Cycling) (свойственное разрушение — отрыв внутренних проводников) и длинноватые циклы (Thermo Cycling) (свойственное разрушение — деградация пайки «базовая пластина-подложка»).

При разработке серии MPD огромное внимание было уделено вопросам стойкости к термоциклам. На рис. 7 представлено сопоставление стойкости к термоциклированию (недлинные циклы) меж модулями серий H и F и модулями серии MPD. Как видно, устойчивость по термоциклирова-нию модулей MPD в 100 раз выше, чем у серии H. Достигнуть этих впечатляющих результатов позволила новенькая разработка крепления внутренних проводников, разработанная Митсубиши Electric.

Силовые модули IGBT серии Mega Power Dual
Рис. 7. Свойства стойкости к термоциклированию для модулей MPD

На рис. 8 показана внутренняя структура модулей MPD. Благодаря проработке как расположения кристаллов, так и крепежных отверстий, силовые модули MPD отлично подходят для использования водяного остывания. Крепежные отверстия не делают помех сгустку охлаждающей воды, а размещение кристаллов позволяет использовать ординарную линию движения хладагента.

Силовые модули IGBT серии Mega Power Dual
Рис. 8. Линия движения хладагента при жидкостном охлаждении

Для сигналов управления употребляются самозащелкивающиеся разъемы производства JST Mfg. Co., Ltd (www.jst-mfg.com) (рис.9), что делает эти соединения ординарными и сразу надежными, потому что эти разъемы владеют завышенной стойкостью к вибрационной нагрузке.

Силовые модули IGBT серии Mega Power Dual
Рис. 9. Cамозащелкивающиеся разъемы VHR*5N и VHR*2N от JST
Заключение

Силовые модули IGBT MPD (900 A/1200 В, 1400 A/ 1200 В и 1000 A/1700 В) подходят для конструирования инверторов высочайшей мощности и владеют уникальными техническими чертами. Применение в этих устройствах CSTBT биполярных транзисторов понижает утраты и уменьшает тепловыделение. А использованные уникальные инженерные решения увеличивают надежность конструкций, в состав которых входят силовые модули серии MPD.