Силовые модули HVIGBT X-серии 1700 В Mitsubishi Electric

---

Для железнодорожного транспорта требуются компоненты с высоким качеством и высокой эффективностью, в частности преобразовательные приводы должны иметь надежные коммутационные устройства. Общепризнанной практикой является использование модулей IGBT 1700 В для работы непосредственно в контактной сети с напряжением постоянного тока ниже 1000 В или в трехуровневой конфигурации с напряжением контактной сети постоянного тока выше 1000 В

 

Mitsubishi Electric постоянно улучшает качество силовых IGBT модулей, по трем ключевым направлениям:

• Прочная конструкция силового модуля с учетом большого запаса безопасной рабочей зоны,
• Низкие потери мощности при использовании чипов последнего поколения,
• Контроль качества с выделенными производственными линиями и прослеживаемостью.

 

Mitsubishi Electric имеет многолетний опыт и долгую историю разработки модулей на 1700 В для применения на железных дорогах с начала этого столетия. В этом году MITSUBISHI ELECTRIC выпустила силовые модули IGBT 1700 В последнего поколения, которые называются X-Series, которые удовлетворяют требованиям железнодорожных приложений. На рис. 1 показана историческая эволюция модулей HVIGBT 1700 В, указывающая на постоянное снижение прямого напряжения IGBT. Прямое напряжение IGBT способствует снижению потерь мощности преобразователя. Прямое снижение напряжения IGBT непрерывно достигалось во время разработки каждой серии. Замечательным шагом в снижении прямого напряжения стало внедрение конструкции затвора с канавкой (trench gate structure) в начале 2000-х годов. Для дальнейшего снижения прямого напряжения структура чипа IGBT была оптимизирована и использовались более тонкие чипы.

 

В последних 1700V X-Series применена современная технология чипов 7-го поколения в сочетании с дальнейшим уменьшением толщины IGBT. Кроме того, было проведено несколько оптимизаций на обратной стороне чипа (на стороне коллектора).

Линейка X-Series 1700V содержит три комплекта модулей. Во-первых, это обычный корпус с габаритными размерами 190 х 140 мм. Второй тип также является традиционным с размером подложки 130 х 140 мм. Третий вид корпуса - это новая стандартная двойная упаковка LV100, занимающая площадь 140 мм х 100 мм. Полная линейка IGBT-модулей X-Series 1700 В показана в таблице 1.

 

Сильноточные одиночные модули 1700 В HVIGBT серии X

Обычные корпуса 1 в 1 были полностью переработаны по сравнению с предыдущей N-серией. Компоновка микросхемы внутри модуля была оптимизирована для лучшей теплопроводности и увеличения срока службы при циклировании питания. Внутри модуля используется новый высокоэффективный силиконовый гель. Рабочая температура в настоящее время охватывает диапазон от -50 ° C до 150 ° C. Новые модули серии X получат сертификат UL. Кроме того, эти модули были проверены во время квалификационных испытаний против воздействия влажности. Это важный фактор для работы в суровых условиях железной дороги.

 

Стандартный тип корпусов доступен на рынке уже много лет. Затем производители преобразователей подтвердили надежность данного тип корпуса, в полевых условиях. Теперь возможно повысить производительность преобразователя, используя передовые технологии модулей X-серии. Небольшой размер корпуса (130 x 140 мм) является излюбленным выбором для компактного применения с водяным охлаждением. Большой корпус (190 мм x 140 мм) с низким тепловым сопротивлением радиатора Rth (c-f) особенно привлекателен для применений с воздушным охлаждением. На рисунке 3 показан потенциал снижения потерь мощности для одного устройства серии X CM2400HCB-34X по сравнению с предыдущей серией N.

 

Двойные модули LV100 X-серии на 1700 В

Стандартный корпус LV100 был разработан с целью работы на высоких скоростях переключения для модулей X-серии на 1700 В и модулей с технологией карбида кремния. Низкоиндуктивная структура корпуса является одним из ключевых преимуществ этого модуля. Благодаря низкой индуктивности корпуса и удобной конструкции соединения с конденсаторами звена постоянного тока, можно отключить устройство при большом токе без увеличения сопротивления затвора. Результат измерения выключения IGBT при условиях максимального выключения V_CC = 1200 В, I_C = 2400 А, R_g (выкл.) = R_g (номинальный), L_s = 40 нГ и T_j = 150 ° C показан на рисунке 4. Даже в таких условиях всплеск перенапряжения ниже максимального напряжения блокировки 1700 В.

 

Кроме того, была улучшена производительность диода в модуле LV100. По сравнению с предыдущей S-серией прямое падение напряжения диода было снижено более чем на 15%. В то же время энергия обратного восстановления была снижена более чем на 25%. Плотность тока в корпусе LV100 была увеличена примерно на 30% с 13,2 А/см² до 17,1 А/см² для CM1200DC-34X по сравнению с моделью CM2400HC-34N. Для передачи высокого выходного тока устройство имеет три винта на выходной клемме переменного тока. Прямые характеристики IGBT и FWDi имеют положительные температурные коэффициенты, что важно для хорошей параллельной работы модуля. Кроме того, этот корпус обеспечивает гибкость масштабирования мощности преобразователя путем параллельного подключения модулей. Этот момент также является дополнительной проблемой для разработчика конвертера.

 

Заключение

Представленная X-серия на 1700 В использует передовые технологии кристалла и корпуса. Модули обеспечивают высочайшую надежность в сочетании с низкими потерями мощности и гибкостью.