Технические модули semix (новое поколение igbt)

SEMIKRON представляет новый модуль IGBT SEMiX 6

EMIKRON представляет новый модуль IGBT SEMiX 6 с сигнальными и силовыми выводами, подключаемыми методом прессовой посадки (Press-Fit). Все терминалы стандартного 17-мм конструктива SEMiX 6 соединяются с интерфейсной платой за один производственный этап, что упрощает и удешевляет процесс монтажа.

Преимущества

Новая конструктивная платформа SEMiX 6 представляет собой масштабируемое и гибкое решение для разработки надежных и высокопроизводительных инверторов.

Использование Press-Fit технологии для подключения сигнальных и силовых клемм позволяет сократить время и стоимость производства и обеспечить его 100% контроль. При разработке SEMiX 6 использована новая технология прессовой посадки, гарантирующая полную совместимость с рыночными стандартами.

Зоны Press-Fit контакта оптимизированы для надежного и неповреждающего контакта с отверстиями в PCB. В корпусе SEMiX 6 будут выпускаться выпрямительные модули B6U с напряжением до 2200 В.

В модулях использована новая технология SEMIKRON SKR PEP, обеспечивающая большую плотность мощности и высокую устойчивость к воздействию окружающей среды. При температуре кристаллов до 175°C данная технология демонстрирует наивысшие рыночные показатели эффективности.

Высокая производительность в сочетании с минимальными потерями позволяет создавать высокоэффективные компактные инверторы на одной печатной плате. Выпрямители и модули IGBT на основе новейших поколений кристаллов с рабочим напряжением 650В, 1200В и 1700В в конструктиве SEMiX 6 предназначены для использования в приводах мощностью до 160 кВт.

Применения

Испытанный стандартный конструктив SEMiX 6 с базовой платой Press-Fit соединением терминалов представляет собой конкурентную платформу для разработки малогабаритных одноплатных инверторов. Модули SEMiX 6 предназначены для широкого спектра применений:

— AC привода

— источники бесперебойного питания (UPS)

— инверторы возобновляемых источников энергии

Диапазон выпускаемых модулей

В конструктиве SEMiX 6 будут выпускаться выпрямительный модули B6U с рабочим напряжением VRRM 1600В и 2200В, а также 3-фазные (GD) IGBT модули с рабочим напряжением 650В, 1200В и 1700В.

Технология Pressfit

— Быстрое механическое соединение на основе эффекта холодной сварки

— Прямой гибкий контакт модуля и PCB с заданными характеристиками и высокой электрической проводимостью

— Тепловое расширение материалов компенсируется за счет эластичности каждого индивидуального соединения

— Подключение к PCB в течение 0.1с

Одноплатная конструкция инвертора с минимальными производственными расходами

— Простота автоматизации процесса сборки

— Низкоиндуктивное подключение DC конденсаторов

— Минимальное количество комплектующих, простая логистика

Источник: http://reom.ru/novosti/416/

Электроника НТБ

В последние годы основное внимание производителей силовых полупроводниковых приборов было обращено на повышение мощности и разработку технологий производства чипов, нацеленных на конкретное применение. Это привело к появлению новых типов IGBT, имеющих несомненные преимущества перед приборами, изготовленными по стандартным эпитаксиальным технологиям.

При этом современные IGBT-чипы отличаются более яркой «специализацией», позволяющей удовлетворять конкретные запросы производителей различных типов преобразовательной техники.
До недавнего времени компания Semikron предлагала пять серий IGBT-модулей семейства Semitrans [2] в стандартных конструктивах с рабочим напряжением 600, 1200 и 1700 В (рис.1).

В число модулей на 1200 В входят следующие серии: 123 – стандартные Non Punch Through (NPT) IGBT, 124 – Low Loss NPT-IGBT (транзисторы с низкими потерями проводимости), 125 – Ultrafast NPT-IGBT (сверхбыстрые транзисторы), 126 – Trench Field-Stop, или Trench-FS-IGBT (транзисторы со сверхнизкими потерями проводимости) и 128 – Soft Punch Through – SPT-IGBT (транзисторы с оптимизированным соотношением потерь проводимости и переключения). Основная цель производства такого многообразия компонентов – обеспечение максимально возможного числа потребителей и получение минимальных потерь мощности для каждого конкретного применения. На практике можно выделить три основных типа устройств, требующих оптимального соотношения параметров силовых ключей:· низкочастотные преобразователи (ветрогенераторы, конверторы для энергосистем, использующих энергию солнца, некоторые типы источников бесперебойного питания). Для этих применений основной параметр – потери проводимости;· импульсные преобразователи частоты (привод, некоторые типы источников бесперебойного питания), для которых требуются одновременно низкие потери проводимости и переключения;· высокочастотные устройства (системы индукционного нагрева, сварочное оборудование, резонансные инверторы), определяющий параметр которых – потери переключения.На рис.2 показаны рекомендуемые частотные диапазоны для различных модификаций модулей IGBT, выпускаемых компанией. Как видно из рисунка, Trench FS-IGBT лучше всего подходят для эксплуатации в области низких частот, Ultrafast NPT-IGBT – для высокочастотных применений, а SPT-IGBT – компромиссный тип транзисторов с оптимальным сочетанием статических и динамических характеристик. А поскольку этому типу транзисторов присуще существенное снижение потерь переключения, получаемое благодаря сокращению длительности «хвоста» тока (остаточного тока коллектора после запирания транзистора, обусловленного рассасыванием носителей в области базы), их также целесообразно использовать в резонансных инверторах.Высокая плотность тока, обеспечиваемая при использовании SPT- и Trench FS-IGBT-технологий, позволяет увеличивать эффективность преобразователей без применения компонентов больших типоразмеров. Все приведенные классы ключей характеризуются положительным температурным коэффициентом напряжения насыщения, что позволяет включать их параллельно.В новейших модулях Semitrans компании Semikron серий 126 и 128 используются чипы Trench FS-транзисторов и антипараллельные диоды, выполненные по CAL-технологии, плотность тока которых превышает 200 А/см2 (cм. рис.1) [3]. Следует отметить, что благодаря возросшей допустимой плотности мощности более дешевые чипы меньшей площади могут быть использованы в модулях большего токового диапазона. Например, в 1999 году номинальный ток самого мощного полумостового стандартного IGBT-модуля компании Semikron на рабочее напряжение 1200 В составлял 400 А, а сегодня выпускается модуль в том же корпусе с током 600 А.В настоящее время габариты готового изделия в большей степени зависят от размеров пассивных компонентов, таких как конденсаторы, сглаживающие индуктивности или фильтры, чем от размеров силовых модулей. Это в первую очередь справедливо для маломощных преобразователей (рис.3). По результатам ис-следований, проводимых Европейским центром силовой электроники (European Centre for Power Electronics – ECPE), в современном приводе мощностью 2,2 кВт силовые полупроводниковые приборы занимают только 6% общего объема, примерно такое же пространство требуется для размещения кабельных соединителей. Около 12% площади корпуса привода занимает DC-шина с банком коденсаторов, а больше всего места требуется для плат управления (примерно 23%), на которых смонтированы контроллер, драйверы затворов, источник питания и фильтр EMI [4]. Аналогичная ситуация наблюдается и для преобразователей высокой мощности: активные силовые полупроводниковые элементы становятся все меньше, а габариты пассивных компонентов, кабельных разъемов и силовых терминалов практически не изменяются. Следует также отметить, что размеры силовых чипов теперь практически не влияют на габариты модуля, которые в большей степени зависят от размеров силовых терминалов, сечение которых определяется допустимыми значениями плотности тока.С другой стороны, уменьшение размеров корпуса, являющегося важным элементом в процессе отвода тепла, имеет физические пределы. Кроме того, корпус модуля и его силовые выводы должны выдерживать воздействие вибрационных и ударных нагрузок, вносимых внешними цепями, кабелями и шинами, что также не позволяет бесконечно минимизировать конструктив модуля. В ряде случаев для обеспечения безотказной работы при высоких механических нагрузках, например в транспортных системах, приходится использовать дополнительные, снижающие вибрационные нагрузки элементы крепления выводов модулей и подводящих шин. Подобные конструктивные элементы, в свою очередь, начинают вносить существенный вклад в массогабаритные показатели изделия.Еще одна проблема, связанная с отводом тепла, – постоянное наращивание плотности мощности, существенно затрудняющее разработку систем охлаждения: чем меньше корпус модуля и площадь его теплового контакта с радиатором, чем выше соотношение мощности потерь и размера модуля, тем более эффективным должен быть отвод тепла.В системах с принудительным воздушным охлаждением, как правило, не удается использовать силовые модули при максимальной мощности, на которую они рассчитаны. Прежде всего, это связано с тем, что для обеспечения требуемой надежности при предельных условиях эксплуатации необходимо ограничивать предельную температуру кристалла, а следовательно, и радиатора. Увеличение плотности мощности возможно при условии равномерного распределения источников тепла по поверхности теплоотвода. Это реализуется, например, за счет разнесения полумостовых модулей инвертора на некоторое расстояние друг от друга или за счет замены мощного силового ключа параллельным соединением менее мощных элементов. На рис.4 показаны результаты теплового анализа трехфазного инвертора, построенного с использованием силовых ключей SEMiX [5]. На графиках распределения тепла по поверхности радиатора при установке трехфазного модуля SEMiX33 виден ярко выраженный эффект перегрева центрального полумоста из-за взаимного теплового влияния силовых ключей. Разнесение корпусов модулей всего на 5–10 мм позволяет снизить температуру кристаллов в центре на 15–20°С, что эквивалентно аналогичному снижению теплового сопротивления. Таким образом, при правильном размещении тепловыделяющих элементов на теплоотводе можно существенно повысить перегрузочную способность преобразователя. С другой стороны, использование трехфазных модулей позволяет получить более компактную конструкцию. Но в этом случае полностью реализовать мощностные характеристики можно только при жидкостном охлаждении. При таком способе перепад температуры на переходе «корпус – радиатор» оказывается гораздо меньше, чем при воздушном охлаждении. В результате эффект взаимного нагрева исключается.

Исследования тепловых характеристик конструкций стали особенно актуальными в последнее время при разработке модулей, использующих новейшие технологии IGBT. Стремление к предельному снижению габаритов силовых преобразователей, растущие требования к надежности таких устройств делают тепловой анализ конструкции еще более востребованным. Сложность и необходимость теплового расчета изделия обусловлены также и тем, что, как указывалось выше, источниками тепла являются не только силовые модули: значительная часть мощности рассеивается пассивными компонентами – конденсаторами шины питания, мощными тормозными резисторами и т.п. Существенную помощь в анализе тепловых характеристик конструкции оказывают специализированные программы теплового расчета, такие как r-theta (www.r-theta.com), с помощью которой были получены графики, приведенные на рис.4.

Читайте также:  Преимущества контекстной рекламы

Один из возможных путей преодоления проблем, связанных с разработкой конструкций мощных преобразователей, – освоение производства специализированных «платформ», предназначенных для решения многих конкретных задач.

Использование таких законченных и сертифицированных конструктивов позволяет пользователю резко сократить время разработки готового изделия, повысить его потребительские свойства и надежность.

Наилучшие характеристики имеет «платформа», использующая современные, надежные силовые ключи с минимальным уровнем потерь при одинаковых с традиционными преобразователями технических параметрах: выходной мощности, напряжении питания, характеристиках управления.

Отличные возможности для проектирования малогабаритных и высокоэффективных инверторов мощностью 20–200 кВт предоставляет серия модулей SEMiX, выпущенная компанией Semikron на базе новейших SPT- и Trench-FS-IGBT. Модули SEMiX являются самыми малогабаритными для своего диапазона мощности – высота их профиля составляет всего 17 мм.

Внутренняя топология SEMiX обеспечивает минимальное значение паразитных индуктивностей и распределенных сопротивлений проводников, что гарантирует хорошие динамические характеристики, а в сочетании с низким напряжением насыщения транзисторов – и минимальные потери проводимости.

На одной стороне модуля SEMiX расположены выводы для подключения силовой шины питания, что позволяет использовать ламинированные или многослойные шины простейшей конструкции с минимальной индуктивностью. На противоположной стороне расположен сдвоенный АС-терминал, служащий выходом полумоста.

В результате звено постоянного тока и силовые выходы разнесены, при этом существенно упрощается конструкция преобразователя и достигается хорошая изоляция силовых и сигнальных цепей.

Но самое главное, такая конструкция обеспечивает беспрепятственный доступ к сигнальным выводам силового модуля, и драйвер может быть смонтирован непосредственно на корпусе модуля в максимальной близости к цепям управления.

По сравнению со стандартными конструкциями, у которых DC-терминалы находятся на поверхности корпуса, размещение этих выводов по краю модуля имеет еще одно существенное преимущество. Тяжелая DC-шина, расположенная на поверхности модуля, создает сильные механические напряжения терминалов, что особенно опасно при вибрациях и ударах.

При использовании SEMiX звено постоянного тока крепится на несущей конструкции рядом с модулем.Другая важная особенность модулей SEMiX – широкий диапазон рабочих токов. Рабочий ток модулей трех типоразмеров на напряжение 600, 1200 и 1700 В может достигать 900 А. Каждый модуль SEMiX в зависимости от типа содержит два, три или четыре параллельно соединенных полумостовых базовых элемента.

Модули имеют идентичную конструкцию и отличаются только длиной. Для всех исполнений модулей может быть использована одинаковая DC-шина. Отметим также, что благодаря положительному температурному коэффициенту напряжения насыщения легко реализуется параллельное соединение модулей SEMiX.

Выпуск нового поколения силовых ключей позволил Semikron предложить продукцию, которой ранее у компании не было, – стандартные модули IGBT с током свыше 900 А и с лучшими на сегодняшний день техническими характеристиками. Для наращивания тока можно использовать параллельное соединение модулей SEMiX – у компании есть положительный опыт параллельного включения до восьми модулей SEMiX 3.

Поскольку силовые выводы расположены на разных сторонах модуля, поверхность его свободна для размещения на ней платы управления. Минимальное расстояние между драйвером и силовыми чипами позволяет снизить паразитную индуктивность цепей управления. Многообразие версий интерфейса SEMiX (рис.5) делает его применение чрезвычайно «гибким».

Модули SEMiX могут иметь обычные штыревые сигнальные выводы под пайку для подключения драйвера собственной разработки. Модуль с пружинными контактами (при этом в маркировке прибора присутствует буква s – spring) используется совместно с платой адаптера и драйвером Skyper для сборки интеллектуального IGBT-устройства.

Естественно, версия с пружинными контактами может применяться и с собственной платой управления, при этом монтаж максимально упрощается благодаря отсутствию паяных соединений. Более того, расположение пружинных контактов непосредственно рядом c кристаллами способствует обеспечению оптимального динамического баланса при параллельном соединении модулей.

И, наконец, существует версия «с», полностью совпадающая по расположению выводов с модулями EUPEC серии Econo+.Разработка конструкции преобразователей средней и большой мощности – сложнейшая задача, требующая очень внимательного подхода к анализу распределенных параметров конструкции.

Специалистами компании Semikron накоплен многолетний опыт проектирования мощных конверторов, создана база данных, включающая документацию на несколько тысяч выпущенных изделий. Все это позволяет компании в кратчайшие сроки выполнять уникальные работы, ориентированные на конкретного заказчика.На рис.

6 показана одна из наиболее сложных и интересных разработок компании Semikron последних лет – блок конвертора/инвертора мощностью 300 кВт для ветроэнергетической установки. Преобразователь сконструирован с использованием модулей SEMiX.Развитие технологий производства IGBT позволило в течение нескольких последних лет увеличить плотность тока чипа почтина 50%.

IGBT нового поколения отличаются от предыдущих пониженным уровнем статических и динамических потерь, более высокой надежностью и, как правило, дешевле их.Использование современных чипов при разработке новых модулей, совершенствование их конструкций, повышение уровней интеграции и «интеллекта» модулей позволяют создавать компактные силовые преобразователи с недостижимыми ранее показателями эффективности. Уменьшение массогабаритных характеристик мощных конверторов при одновременном увеличении их мощности предъявляют очень высокие требования к системам охлаждения. Разработка конструкции подобных устройств требует тщательного анализа, который немыслим без современных средств компьютерного моделирования электрических, тепловых, магнитных процессов.Однако параметры силовых электронных модулей по-прежнему остаются определяющими, оказывающими основное влияние на потребительские свойства и надежность готового изделия. Разработка компанией Semikron новой серии модулей SEMiX предоставляет пользователям уникальные возможности при проектировании современных конкурентоспособных мощных преобразователей мощностью до 200 кВт.Литература1. Peter Beckedahl, Aseem Wahi. Trends in the development of new power electronic modules.– SEMIKRON International, 2004.2. Андрей Колпаков. SEMITRANS – один в пяти лицах. – Компоненты и технологии, 2003, №8.3. Андрей Колпаков. Антипараллельные диоды SK для новых поколений IGBT. – Электронные Компоненты, 2005, №2.4. Technology Study on Industrial Drives, 2004, ECPE.5. Андрей Колпаков. SEMiX + SKYPER = адаптивный интеллектуальный модуль IGBT. – Силовая электроника, 2005, №1.

Подробную информацию о рассмотренных в статье модулях можно найти в Интернете по адресу www.semikron.com, а также получить у официального дистрибьютора Semikron – компании «КОМПЭЛ» и на сайте www.compel.ru

“КОМПЭЛ”МоскваТел.: (095) 995-0901Факс: (095) 995-0902

E-mail: compel@compel.ru

Санкт-ПетербургТел.: (812) 327-9404Факс: (812) 327-9403

E-mail: spb@compel.ru

Источник: http://www.electronics.ru/journal/article/921

Новое поколение модулей Trench 4 IGBT Новое поколение модулей Trench 4 IGBT Стратегия замены SPT IGBT (128 серия) Arendt Wintrich, Андрей Колпаков SEMIKRON. — презентация

1 Новое поколение модулей Trench 4 IGBT Новое поколение модулей Trench 4 IGBT Стратегия замены SPT IGBT (128 серия) Arendt Wintrich, Андрей Колпаков SEMIKRON 2009<\p>

2 2 Содержание Введение Основные свойства IGBT Т4 Динамические характеристики Рекомендации по применению Параллельное соединение Заключение<\p>

3 3 История Эволюция IGBT технологий Увеличение плотности тока 85 A/см² … 130 A/мм²<\p>

4 4 От 2 к 4 поколению IGBT – рабочей лошади силовой электроники Ломовая лошадь для перевозки пива Скаковой жеребец Медленный и прожорливый; Надежный; «Права» не требуются: Дорогу находит сам Длинный «хвост» Быстрый, ест гораздо меньше; Чувствительный; Не прощает ошибок в управлении; Короткий «хвост» NPT 3,1В; 125°C 100% удельная мощность Trench4 1,8В; 125°C 135% удельная мощность<\p>

5 5 1 st поколение 12 — TК Vce(sat) Эпитаксиальная технология Длинный «хвост» 2 nd поколение 123, 124, ТК Vce(sat) NPT гомогенная технология Существенно сокращен «хвост» n+ n- Collector GateEmitter p+ p n (3 rd + 4 th поколение) 126, 12T4 + ТК Vce(sat) Trench Field Stop Практически подавлен «хвост» n- Collector GateEmitter p+ p n n+ n- Collector Gate Emitter p+ n+ p PT NPT Trench IGBT технологии – основные этапы<\p>

6 6 n- Collector GateEmitter p+ p n x E Буферный слой n + обеспечивает аналогичную NPT блокирующую способность при более тонком слое кремния. IGBT4 – тонкопленочная технология Уменьшены потери проводимости и переключения x E n+ n- Collector GateEmitter p+ p n NPT SPT и Trench Field Stop IGBT технологии – блокирующая способность<\p>

7 7 Содержание Introduction Основные свойства IGBT4 Switching behaviour Application hints Parallel connection Conclusion<\p>

8 8 Технологии IGBT – сравнительные характеристики Основные преимущества IGBT T4 Плотность тока повышена с 85 A/см до 130 A/см² Снижены потери переключения (E on + E off ) Снижен заряд затвора (Q G ) Увеличена предельная температура чипов до 175°C SPT (128)IGBT3 (126)IGBT4 (12T4) V CE(sat) 25°C1,9 В1,7 В1,8 В V CE(sat) 125°C2,1 В2,0 В2,1 В E sw 125°C22 мДж27мДж19 мДж (125°C) 21 мДж (150°C) Q G (V GE = -8V/+15V) 1,2 мкКл0,9 мкКл0,57 мкКл<\p>

9 9 Увеличение T jmax для IGBT4 Предельная температура кристалла Т4: T j,max = 175 °C надежность при высокой температуре обеспечивается без уменьшения срока службы T j max = 150 °C T j max = 175 °C Рекомендация Semikron по номинальному режиму (SemiSel): max. 150°C Ограничение вызвано следующими факторами: T jmax – среднее значение. Макс. значение T (v)j в центре чипа – локальный стресс Не учитываются потери за счет тока утечки Ограничение ОБР (SCSOA) — 150°С<\p>

10 10 Повышение стойкости к термоциклированию Новые технологии пайки и ультразвуковой сварки Повышенная надежность при большем градиенте Адаптация графиков LESIT для следующих условий: T=125K, 40°C 165°C, T m =102,5°C : циклов (PI 24/08) New 90° Old 90°<\p>

11 11 Интегрированные резисторы затвора Одиночные кристаллы 75A chip:R G int = 10 Ω 100 A chip:R G int = 7.5 Ω 150 A chip: R G int = 5.0 Ω Параллельные кристаллы (в IGBT модулях) 300A = 2 x 150 A chip = 5.0 Ω / 2: R G int = 2.5 Ω 400A = 4 x 100 A chip = 7.5 Ω / 4: R G int = 1.87 Ω R G int R G on R G off<\p>

12 12 Резисторы затвора В datasheet все значения независимые R G int (общее значение для параллельных чипов IGBTs) R G on, R G off (условия измерения – внешние резисторы) SKM 400GB12T4 R G on, R G off — при расчетах д.б. суммарными величинами, включающими внешние и внутренние R Gint сопротивления<\p>

13 13 Стойкость IGBT Т4 к КЗ «жесткого» типа Условия измерений (одновременное включение IGBT) T j = 150 °C V CC = 600 В V CE,M = 960 В I C,M = 1265 A R G off = 1,5 Ω t pulse = 10 мкс I C nom = 300 A Графики I C P V — V CE Limited to 1200 A<\p>

14 14 Стойкость IGBT Т4 к КЗ «полумягкого» типа Условия измерений (КЗ одного IGBT на кабель 1м 1мкГн) T j = 150 °C V CC = 900 V V CE,M = 1160 V I C,M = 1715 A R G off = 15 Ω t pulse = 10 µs I C nom = 300 A Графики V GE I C V CE P V Limited to 1200 A SKM 300GB12T4 Ограничения SCSOA: V CC T j =150°C<\p>

15 15 Стойкость IGBT Т4 к КЗ: модули MiniSKiiP Рекомендации для режима STO: R Goff-SC = 20 R Gnom = 1 I SC(max) = 700A V CE(max) = 1100V 5 xI Cnom = 500A<\p>

16 16 Содержание Introduction Properties of IGBT4 Динамические характеристики Application hints Parallel connection Conclusion<\p>

17 17 Динамические характеристики = f(конструкция модуля) Одиночный кристалл мультичиповый модуль Индуктивность выводов L CE Симметричность подключения терминалов Токовый диапазон 15A A 3 типа Trench 4 кристаллов: Fast T4, E4, H4 для различных условий применения и конструктивов Поведение модулей IGBT в различных конструктивах различно!<\p>

18 18 Динамические характеристики IGBT T4 Потери выключения уменьшены на 25% (пример: 19 мДж/100A для SKM300GB12T4) Рекомендуется снижение R Gon ( см. data sheet) для оптимизации E on и di/dt E off почти не зависит от R Goff ! Снижение di/dt (V CE(peak) ) начинается только при больших значениях R Goff (> 20 Ом) R G(nom) R G — Внешний резистор затвора<\p>

19 19 Сравнительные характеристики по E sw при R G(nom) Среднее значение: 21мДж/100A при 150°C У версии Е4 потери Eoff больше, чем у T4<\p>

20 20 T4/E4 чипы: потери переключения E4 T4 Esw при 600В / 300A /150°C Пример для SKiM 306GD12Т/Е4 T4: E on+off = 16 мДж/100A E4: E on+off = 19 мДж/100A Вкл. T4: ном. режимы Выкл. T4: ном. режимы<\p>

21 21 Выключение IGBT Паразитные элементы цепи коммутации: dVmin минимизация L Sint + L Sext Примечание: 380VAC +10% 590VDC. Анализируется наихудший случай Vdc 600B<\p>

22 22 dV = Ls*di/dt. Для повышения стойкости к КЗ уменьшение Ls обязательно! Симметричные токовые пути для всех параллельных чипов Копланарная конструкция DC-терминалов Возможна работа при 2x I Cnom и напряжении 800В SEMITRANS: низкоиндуктивная конструкция DC выводов<\p>

23 23 Cимметричные пути коммутации + и – токов чипов, параллельный многоточечный доступ к чипам Отличные динамические характеристики Минимальный уровень осцилляций, безопасное отключение тока КЗ SKiM: сверх низкоиндуктивная конструкция<\p>

24 24 Перенапряжения: влияние R Goff (12T4) R Goff = В R Goff = 5,1 1137В R Goff = 7,5 1177В V CC = 600В 25°C Без снаббера! Пример для SKiM306GD12T4 использование версии E4 снижает dV на 250V peak Для Т4 величина dV растет с увеличением R G !<\p>

25 25 Перенапряжение: влияние R G (12T4, MiniSKiiP) Оптимальное значение R G (V CEpeak min.) зависит от типа модуля T4 / 100A MiniSKiiP: снижение dV при R G > 75 (= 9*R G(nom) ), E off при R G 5 (=3*R G(nom) ) Рекомендованное значение R Goff для режима STO = 20 ! MiniSKiiP 38AC12T4<\p>

26 26 Перенапряжение: влияние температуры кристалла Tj Условия V CC = 600 В I C = 800 A I C nom = 400 A R G nom Уровень dV падает с ростом температуры кристалла 25°C 150°C<\p>

27 I C / A dV CE / V VDC=800В VDC=500В Peak voltage dV above DC-Link voltage Level dV=320V dV=230V Перенапряжение: влияние напряжения DC-шины (12T4) 2Q инвертор с выпрямителем B6U: V CC =540V нет проблем 4Q инвертор с выпрямителем B6CI: V CC =750…800V требуется принятие специальных мер для ограничения dV Пример: SEMiX453GB12T4 при 25°C, 16мкГн нагрузка, 0,47мкФ снаббер dV увеличивается с ростом Vdc<\p>

28 28 dV увеличивается с ростом Vdc V CC = 500В: Turn off: I C = 500A, V CEpeak = 780В dV=280В V CC = 800В Turn off: I C = 500A, V_peak = 1196В dV=400В Пример SEMiX453GB12T4 при 25°C I C = 500A V CEpeak = 780В V CEpeak = 1196В<\p>

29 29 Перенапряжение: влияние длительности импульса проводимости tp Короткие импульсы при большом коэффициенте модуляции рекомендация: tp > 3…5мкс Макс. ток выключения V DC =800В, V CEmax =1200В t p / мкс I C, A Пример: SEMiX453GB12T4SEMiX453GB12T4<\p>

30 30 Перенапряжение: влияние типа кристалла (T4 / E4) Условия V CC = 600 В I C = 800 A I C nom = 400 A R G nom E4 чип: существенное снижение перенапряжения При V CC 800V необходимо применение С-снаббера во всех случаях T4 E4<\p>

31 31 SEMiX: динамические режимы Высокая индуктивность (большая длина петли) Асимметрия (разная длина петли) Большое значение тока и di/dt Быстрый Медленный Влияние внутренней топологии SEMiX на динамические характеристики сильнее, чем у стандартных компонентов Пример: SEMiX 453GB12T4<\p>

32 32 Сравнение Т4/Е4 : V off(max) для 450A-SEMiX 25°C E4-чип и большее значение R Goff : RBSOA — выключение тока КЗ (защита DESAT) возможна при наличии снаббера<\p>

33 33 Режим STO: сравнение Т4/Е4 (450A-SEMiX 150°C) T4 E4 H4 Режим STO для чипа H4: E off = 100 мДж (Datasheet: 12T4 E off = 50мДж) 2 x I Cnom Зависимость I Cmax от R Goff при V CE(peak) =1200В (Vdc = 800B, Tj = 150 C)<\p>

34 34 Режим STO: сравнение Т4/Е4 (450A-SEMiX 25°C) Зависимость I Cmax от R Goff при V CE(peak) =1200В (Vdc = 800B, Tj = 25 C) T4 E4 H4 При R goff(nom) и 800Vdc максимальный ток I off = 1,33 x I Cnom 2x I Cnom<\p>

35 35 Режим STO: температурная зависимость I off(max) E °C E4 – 25°C Чтобы обеспечить I off = 3 x I Cnom =1350A (защита ОСР / внешняя цепь КЗ) R Goff = 6…8 E off увеличивается от 50мДж (при 1,9 ) до 70мДж Зависимость I Cmax от R Goff при V CE(peak) =1200В (Vdc = 800 B)<\p>

36 36 Измерение и ограничение dV: см. AN-7006 См. статью «Снабберы и перенапряжения» из журнала Компоненты и ТехнологииСнабберы и перенапряжения<\p>

37 37 Содержание Introduction Improvements on IGBT4 Switching behaviour Руководство по применению Parallel connection Conclusion<\p>

38 38 ICIC V cc V_peak ICIC V cc V_peak Использование снабберов DC-шины Без снаббера: Выключение: I C = 1800 A, V cc = 500 В, V_peak = 1170 В dV = 670В Снаббер: Выключение: I C = 1700 A, V cc =500 В, V_peak = 1010 В dV = 510В DC-снаббер рекомендован для применений средней и большой мощности (> 50 кВт) и при параллельном соединении IGBT<\p>

39 39 Драйвер R Gon R Goff R Goff, SC Режим STO V GG- Режим STO обеспечивается дополнительным сопротивлением R Goff, SC в цепи затвора R Goff, SC 10 x R G off nom В нормальном режиме используется R Goff Проблемы: мониторинг состояния перегрузки, потери мощности Плавное отключение – STO / SSD Альтернатива: промежуточная ступенька управления Vge=0 Использование режима IntellOff (SKYPER 52)<\p>

40 40 Активное ограничение Обеспечивается с помощью супрессоров 3 x 350В (=1050В). V CE ограничивается на безопасном уровне. Требуются элементы с низким разбросом параметров с учетом температурной зависимости напряжения ограничения Ограничение не должно включаться при нормальной работе Дополнительное рассеяние мощности IGBT Дополнительное рассеяние стабилитронов Для компенсации «противо» тока на выходе драйвера требуется C GE<\p>

41 41 Активное ограничение I=10A Без ограничения: Выключение: I C =1800A, V cc =800В, V peak = 1295В (200В/дел) Ограничение: Выключение: I C =1800A, V cc =800В, V peak = 1213В (150В/дел) Выход драйвера: I peak =10A<\p>

42 42 Использование C GE Внешняя емкость «затвор-эмиттер» Малое влияние на dV, Снижение уровня шумов (EMI) Semix453GB12E4 R G =6, I C =600A, Без емкости Cge V CEmax =1108В С емкостью Cge V CEmax =1084В C GE<\p>

43 43 Содержание Introduction Improvements on IGBT4 Switching behaviour Application hints Параллельное соединение Conclusion<\p>

44 44 Параллельная работа IGBT Параллельная работа без проблем на малой скорости Требуется тонкая настройка динамики<\p>

45 45 IGBT в параллель Индивидуальные резисторы затвора (для чипов и модулей) Дополнительные резисторы в эмиттерах Ограничение напряжения на затворе Активное ограничение для режима КЗ<\p>

46 46 SEMiX – параллельная работа с платой адаптера Modul n+1 Modul n Номиналы: R Gx 4…8 R Gon,main 0…1 R Ex 0.5 D Ex 100 В, 1A, Шоттки R Gon и R Goff расчет по формуле: Адаптер n Адаптер n+1 R Gx R Gon,main R Ex D Ex<\p>

47 47 Параллельная работа IGBT Пример 6 x SEMiX453GB12E4 // I Cnom = 2700A (6*450А) возможно ли выключение при токе 5400A? Выравнивание токов? R G min? Схема проверки: 6 x SEMiX453GB12E4 // Плата адаптера<\p>

48 48 Параллельная работа IGBT — результаты Одинаковые проблемы и решения для всех поколений IGBT Низкоиндуктивный дизайн DC-шины, Симметричное подключение DC-шин, AC терминалов, входов управления Индивидуальные резисторы Rg, Re Разница в токах выключения I Coff из-за центрального положения главного AC- отвода и разброса параметров IGBT (max. 19%, min 13,8% среднее — 16,66% от I tot )<\p>

49 49 Параллельная работа IGBT — результаты Выключение при I Coff = 5400A (6*2*I nom ) Vdc = 800B R Goff = 4 V CE(max) = 1200B RBSOA<\p>

50 50 Содержание Introduction Improvements on IGBT4 Switching behaviour Application hints Parallel connection Заключение<\p>

51 51 Замена предыдущих поколений IGBT Повышение плотности тока и максимального тока во всем диапазоне частот (на некоторых частотах модули Т4/Е4 превосходят Т3 большего типоразмера!) Цепь управления затвором должна быть адаптирована для Т4/Е4<\p>

52 52 Заключение Основные преимущества IGBT4 Повышение плотности тока до 130 A/см² Снижение потерь проводимости (V CE(sat) ) Снижение потерь переключения (E on + E off ) Снижение заряда затвора м мощности драйвера (Q G ) Повышение рабочей температуры T j,max = 175 °C Динамические характеристики Сопротивления затвора R Gon/off должны быть изменены; уменьшение Esw и di/dt достигается при меньшем R Gon, адаптация R Goff необходима для снижения коммутационных выбросов Рекомендуется режим STO / SSD (увеличение R Goff ) защиты от КЗ<\p>

53 53 Пример: SPT / T4 в одинаковых условиях эксплуатации<\p>

54 54 Пример: SPT / Е4 в одинаковых условиях эксплуатации<\p>

55 55 T4 / Е4 – критерии выбора Не существует жестких ограничений при выборе версии T4 или E4 При низком напряжении на DC-шине (например 540VDC при питании от промышленной сети 380VAC) IGBT T4 надежно работает во всем диапазоне токов, включая ток КЗ; В применениях с высокой частотой коммутации Fsw > 5…7 кГц (сварка, инд. Нагрев…) IGBT T4 имеют преимущество за счет меньшей энергии потерь Esw; В применениях с повышенным значением напряжения питания Vdc = 600…800 В (4Q привода, привода с ККМ) IGBT Е4 обеспечивают безопасный режим работы за счет меньшей скорости переключения di/dt; В сильноточных схемах при использовании параллельного соединения IGBT версия Е4 обеспечивает лучшее выравнивание динамических токов; Модули SEMiX более критичны к динамическим характеристикам кристаллов, чем стандартные модули SEMITRANS из-за большей внутренней индуктивности L Sint. Поэтому принято решение выпускать 4 поколение SEMiX только в версии Е4. Производство SEMiX с чипами Т4 возможно по требованию заказчика.<\p>

56 56 Спасибо за внимание! Официальный представитель SEMIKRON в Украине<\p>

Источник: http://www.myshared.ru/slide/671858/

Силовая Электроника

Содержание выпуска

В журнале «Электронные компоненты» (№ 6'2004) была опубликована статья под названием «Мерседес силовой электроники», посвященная достижениям фирмы SEMIKRON — одного из мировых лидеров в производстве компонентов силовой электроники. Высокий уровень этой фирмы несомненен и вызывает заслуженное уважение, но и в России сегодня есть фирмы, обладающие высоким научно-техническим потенциалом в этой области и способные составить достойную конкуренцию «Мерседесу».

Международная компания C&D Technologies — один из крупнейших мировых производителей, специализирующихся на выпуске систем преобразования и хранения электрической энергии. Номенклатура изделий представлена тремя основными направлениями — системы резервного электропитания, источники питания (преобразователи напряжения, инверторы) и компоненты, входящие в состав источников питания.

Корпорация IXYS выпускает широкий спектр компонентов силовой электроники: 1. силовые диоды: выпрямительные, сверхбыстрые, Шоттки, GaAs, SiCa и др.; 2.

дискретные MOSFET и IGBT транзисторы в стандартных и изолированных корпусах; 3. MOSFET и IGBT силовые модули различной конфигурации; 4. микросхемы управления MOSFET / IGBT; 5.

силовые тиристоры и тиристорные модули; 6. высоковольтные защитные диоды; 7. заказное оборудование.

В условиях жесткой конкуренции одним из основных факторов, обеспечивающих стабильное продвижение вперед, является ориентирование на самые передовые технологии, которые особенно востребованы в ракетно-космической технике, авиации, медицине и промышленном управлении.

В этих областях техники идет постоянная смена поколений оборудования и систем, совершенствуются характеристики и повышается надежность.

Поэтому компания International Rectifier (IR) сосредоточила основные усилия на производстве высоконадежной продукции, которую принято называть продукцией Hi-Rel (High Reliability).

В статье рассматриваются вопросы выбора ключевых полупроводниковых приборов для преобразователей напряжения. Приводится методика быстрого оценочного расчета потерь в инверторах и оценка эффективности применения перспективных силовых транзисторов.

В первом номере «Силовой электроники» была опубликована статья «Сравнительные экспериментальные исследования силовых модулей IGBT и модулей на основе комбинированных СИТ-МОП силовых транзисторов» [1].

В настоящей статье представлены дальнейшие исследования комбинированных силовых транзисторов в широком диапазоне выходных параметров, в том числе заключительный интервал выключения — стадия протекания остаточного или «хвостового» тока.

Информация о характере и параметрах данного процесса, как правило, не указывается в справочных данных.

Основные усилия разработчиков компании SEMIKRON направлены на удовлетворение жесточайшим требованиям, предъявляемым к современным компонентам силовой электроники. Прежде всего, это требования по надежности, энергосбережению и электромагнитной совместимости.

Компания SEMIKRON известна в первую очередь благодаря своим уникальным разработкам в области силовых компонентов высокой мощности. Однако в производственной программе фирмы имеются силовые модули SEMITOP, предназначенные для использования в маломощных применениях.

На выставке PCIM-2003, прошедшей в Нюрнберге в мае 2003 года, впервые было представлено новое поколение силовых модулей IGBT SEMIKRON SEMiX, предназначенных для производства высокоэффективных малогабаритных мощных преобразователей. В этом году на PCIM-2004 можно было увидеть новые модификации SEMiX — трехфазный инвертор SEMiX 13 и интеллектуальный силовой модуль на основе модуля SEMiX 3 и новейшего драйвера SKYPER.

Производство оборудования для контроля и измерения параметров компонентов силовой электроники в настоящее время является перспективным на отечественных предприятиях.

Спрос на него гораздо больше, чем количество предложений, представленных на рынке. В статье анализируются методы построения подобного оборудования.

Рассмотрены основные требования к измерительному оборудованию и описан способ его применения в составе автоматизированного измерительного комплекса.

В настоящее время в промышленности различных отраслей все шире используются электроприводы и все чаще ставится задача автоматизации их управления. В данной статье будет рассмотрен пример построения системы управления бесколлекторными электроприводами постоянного тока с использованием специализированных контроллеров управления компании Apex Microtechnology.

Обеспечение электромагнитной совместимости импульсных источников питания с другим оборудованием и их защита от импульсов перенапряжений, присутствующих в первичных сетях питания, часто оказывается сложной задачей, стоящей перед системными разработчиками. Данные проблемы помогают решить модули фильтров фирмы Vicor.

В данной статье рассмотрены транзисторные преобразователи напряжения фирм XP Electronics и Magnetek, наиболее полно отражающие передовые решения для этого типа изделий. Представлены основные параметры, функциональные особенности, структурные схемы, даны рекомендации по применению данных преобразователей напряжения в энергетических системах.

Традиционная структура системы бесперебойного питания переменного тока включает в себя выпрямитель с импульсным корректором коэффициента мощности, емкостный сглаживающий фильтр, аккумуляторную батарею, инвертор с синусоидальным напряжением и низкочастотный фильтр переменного тока.

Идея интеграции магнитных компонентов в силовой части DC-DC конвертора открывает перед импульсными устройствами новые перспективы.

Для питания основной массы радиоэлектронной аппаратуры требуется в какой-либо форме энергия постоянного тока разных уровней напряжения и мощности.

Физически невозможно реализовать управляемый трансформатор постоянного напряжения, но именно он был бы идеальным конечным результатом при проектировании DC-DC конверторов.

В статье рассмотрены вопросы построения современных высоковольтных источников питания с постоянным выходным напряжением и предложены меры по повышению их эффективности.

В статье описаны различные методы коррекции коэффициента мощности, указаны их особенности, преимущества и недостатки. Приведена информация, позволяющая сравнить некоторые существующие микросхемы для реализации коррекции у импульсных источников питания.

Проектирование импульсных источников питания на базе интегральных микросхем фирмы Power Integrations.

При индукционном нагреве под пайку потвердыми припоями широко используются ламповые генераторы и установки типа ВЧГ, которые имеют ряд недостатков, затрудняющих их использование в условиях малых предприятий с мелкосерийным производством: большие габариты, малый срок службы, низкий КПД и т. п. Таких недостатков лишены источники питания на основе тиристорных и транзисторных инверторов.

В статье приводятся результаты разработки, исследования и производства реверсивного тиристорного преобразователя, реализующего различные алгоритмы тока в цепи электролизеров по производству галлия. Данная статья является составной частью и развитием работ, проводимых авторами в направлении силовых управляемых выпрямителей для электротехнологии.

Статья продолжает тему, начатую в первом выпуске «Силовой Электроники» материалом «Устройства заряда на базе однотактных комбинированных преобразователей напряжения» [4], и касается моделирования электромагнитных элементов преобразователей. В качестве объекта взят силовой трансформатор комбинированного преобразователя напряжения, о котором шла речь в упомянутой статье.

Статья «Опыт моделирования систем силовой электроники в среде OrCAD 9.2», опубликованная в первом номере «Силовой Электроники», заканчивалась разделом «О конвергенции и достоверности получения результатов при моделировании в среде OrCAD 9.2». Предлагаемый вниманию читателя новый материал продолжит эту тему.

Источник: https://e.lanbook.com/journal/issue/284911

Ссылка на основную публикацию