česky english Vítejte, dnes je čtvrtek 07. červenec 2022

Infineon představuje novou čipovou technologii IGBT5 a způsob montáže .XT

DPS 6/2016 | Součástky - články
Autor: Stefan Louis, Rutronik Elektronische Bauelemente

Nejdůležitější vlastnosti nové generace PrimePACK™ společnosti Infineon s technologií IGBT5 spočívají v robustním pouzdru a zvýšené výkonové hustotě. Možné oblasti aplikací jdou od obnovitelných zdrojů energie až po pohony čerpadel a ventilátorů.

V distribuci a dodávkách energie a v ostatních průmyslových aplikacích existuje potřeba vysokého stupně spolehlivosti a dlouhé pracovní životnosti komponent. K tomu se navíc očekává, že jednotlivé komponenty budou projevovat ještě lepší ukazatele energetické účinnosti. Moduly PrimePACK™ s technologií IGBT5 reagují na tyto potřeby zvýšenou povolenou proudovou zatížitelností 1 800 A, což představuje nárůst o 400 A ve srovnání s předchozí generací při stejné velikosti pláště. K dispozici jsou pro 1 200 V a 1 700 V a doplňují existující portfolio rodiny produktů Prime- PACK™.

Čipová technologie IGBT5 versus IGBT4

Podobně jako v případě s čipy IGBT4 jsou i nové čipy IGBT5 založeny na technologii Trench Field Stop. Aktivní silikonový film je však u IGBT5 tenčí, což přináší nižší statické a dynamické ztráty. Toho se dosahuje používáním nových materiálů a jejich kombinací. Čipy a diody IGBT5 se aplikují pomocí procesu slinování. Přední strana čipu IGBT5 je vybavena silnou vrstvou mědi.

Ve výrobě nových výkonových modulů zkombinovala společnost Infineon technologii čipů IGBT5 s technologií montáže a připojování .XT. Namísto hliníkového propojovacího vedení, které se používá v konvenční technologii připojování, jsou zde využity měděné svazky vedení. Kombinace povrchové vrstvy mědi na čipu a mědi vedení při propojování přináší vyšší spolehlivost systému.

Obr. 1, 2, Tabulka 1

Tepelné vlastnosti

Přednosti technologie čipů IGBT5 v kombinaci s technologií montáže a připojování znamená vyšší možnou teplotu přechodu Tj,op,max = 175 °C. To zase dovoluje lepší výkonnost systému ve stejné době a dlouhou provozní životnost. Dynamické ztráty spínáním jsou důležitým provozním faktorem. V této oblasti verze PrimePACK™ 1700-V-P5 dosahuje přibližně o 30 % vyšší proudovou hustotu ve srovnání s předchozí verzí 1700-V-P4 (tabulka 1). Tato data jsou založena na stejných základních oblastech Prime- PACK™. Je třeba brát v úvahu také vyšší teplotu přechodu o 25 K s nižšími ztrátami spínáním na ampér (Esw/A) v modelech IGBT5 ve srovnání s modely IGBT4.

Společnost Infineon poskytuje technologii čipů IGBT5 v kombinaci s technologií montáže a připojování .XT, což znamená vyšší možnou teplotu přechodu v PrimePACK™. Nelze však kombinovat tyto dvě technologie a zapouzdření jednotlivě, jako to je v principu možné u modulárního designu.

Typická aplikace: Standardní frekvenční převodníky

Standardní frekvenční převodníky představují typický příklad použití IGBT. Standardní frekvenční převodník se skládá z usměrňovače energie ze střídavé sítě, brzdového střídače, mezilehlého napěťového obvodu a výkonového střídače.

Výkonový střídač, který se skládá z šesti prvků IGBT, převádí stejnosměrný proud mezilehlého obvodu na střídavý proud s kmitočtem a amplitudou, které lze modulovat. To umožňuje plynulé řízení točivého momentu motoru. Parametry relevantní pro tento proces jsou registrovány pomocí ampérmetru a systémů rotačního kodéru. Tato data zpracovává mikrořadič a ten také řídí v souladu s výsledky jednotlivé ovladače bran. Ovladače bran vygenerují cílené impulzy, které řídí výkonové převodníky jednotlivých IGBT výkonového střídače. Jestliže pracuje motor připojený ke standardnímu frekvenčnímu měniči v režimu generátoru, například protože vznikají vysoké setrvačné momenty během brzdění, pak se energie motoru vrací do standardního frekvenčního měniče. Energii vedenou zpět z pohonu nelze předat zpět do hlavní sítě prostřednictvím usměrňovače. To způsobuje nárůst rozdílu potenciálů v kondenzátoru mezilehlého obvodu. Aby bylo možné se s tím vyrovnat, standardní měniče energie, u kterých aplikace zahrnuje provoz typu generátoru s aplikovanou zátěží, jsou vybaveny brzdovým střídačem a brzdovým rezistorem. Jakmile napětí mezilehlého obvodu (NMO) na kondenzátoru překročí hodnotu UNMO-max přibližně 565 V (UNMO-max = √2 × UN,trojúhelník pro napájení 400 V), IGBT v brzdovém střídači se zapne (UN,trojúhelník = napětí sítě mezi dvěma fázemi). To znamená, že proud protéká brzdovým rezistorem a energie mezilehlého obvodu se může trvale tlumit. Z důvodu montáže se brzdový rezistor obecně dává mimo standardní frekvenční měnič.

Obr. 3

Pokud je třeba převodník zdroje napětí s kapacitou obnovení sítě (například pro aplikace dodávek energie), musí být instalován převodník energie nebo motorový výkonový střídač stejného druhu, jako je na straně motoru, také na stranu sítě (tj. převodník energie nebo výkonový střídač). Proto výkonový střídač sítě nahrazuje usměrňovač. Protože topografie přepínání zahrnuje schopnosti obnovy energie, je jasné, že pro standardní provoz není třeba žádný brzdový střídač. K tomu, aby převáděný střídavý proud, který vzniká v mezilehlém obvodu, nezpůsobil zbytečnou zátěž sítě, instaluje se pro každou fázi na vstupu usměrňovače jedna tlumivka.

Rutronik POWER

Společnost Rutronik zahrnula výkonové polovodiče do své nabídky v roce 1980 a nyní dává těmto komponentům vyšší profil. Zákazníci naleznou odstupňovaná řešení svých požadavků na převod energie a také na spínání, řízení a připojování rezistorů, kondenzátorů a indukčních zátěží. Odborníci společnosti Rutronik POWER poskytují své specifické know- -how ohledně výkonové elektroniky zákazníkům pro jejich vývojové projekty. Segment řízení výkonu v průmyslu od společnosti Infineon zahrnuje IGBT jako diskrétní součástky a moduly a také jako tyristory a diody. Oblastmi použití těchto komponent jsou průmyslové pohony, obnovitelná energie, distribuce energie a dodávky energie, stejně jako železniční, hybridní a elektrická vozidla, jako jsou například elektricky poháněné autobusy.

Partneři

eipc
epci
imaps
ryston-logo-RGB-web
mikrozone
mcu
projectik