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2007慕尼黑上海電子展之工業(yè)自動(dòng)化節(jié)能篇

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作者: 時(shí)間:2007-01-29 來源: 收藏
IGBT將是實(shí)現(xiàn)中國十一五規(guī)劃能源消耗降低20%的關(guān)鍵
----------- 2007年慕尼黑上海電子展展前巡禮

中國十一五規(guī)劃已明確提出:單位國內(nèi)生產(chǎn)總值能源消耗比“十五”期末要降低20%左右。由于電力是目前中國主要的工業(yè)能源,因此要實(shí)現(xiàn)國家的這一宏大生態(tài)目標(biāo),關(guān)鍵就是要有效降低工業(yè)生產(chǎn)過程中那些需要大電流和高電壓的應(yīng)用的功耗,如交流電機(jī)控制、逆變器、繼電器、UPS電源、開關(guān)電源、變頻器、有源濾波器、EPS電源、風(fēng)力發(fā)電設(shè)備、工業(yè)傳動(dòng)裝置、電梯或輔助傳動(dòng)設(shè)備、機(jī)車與列車用電源、以及供暖系統(tǒng)傳動(dòng)裝置等應(yīng)用。

所有這些交流控制應(yīng)用都需要一個(gè)能夠產(chǎn)生大電流和高電壓的核心功率器件,目前市場上的核心功率器件主要有MOSFET半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管、雙極型功率晶體管和絕緣柵雙極型功率晶體管IGBT。MOSFET場效應(yīng)晶體管具有開關(guān)速度快和電壓型控制的特點(diǎn),但其通態(tài)電阻大,難以滿足高壓大電流的要求;雙極型功率晶體管雖然能滿足高耐壓大電流的要求,但沒有快速的開關(guān)速度,屬電流控制型器件,需要較大的功率驅(qū)動(dòng)。因此MOSFET半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管和雙極型功率晶體管都不能滿足小型、高頻和高效率的要求,只有絕緣柵雙極型功率晶體管IGBT集MOSFET場效應(yīng)晶體管的高速性能和雙極型功率晶體管的低電阻性能于一體,具有電壓型控制、輸入阻抗大、驅(qū)動(dòng)功率小、開關(guān)速度快、工作頻率高、安全工作區(qū)大等優(yōu)點(diǎn),這使得IGBT器件成為了這些大功率應(yīng)用的理想功率開關(guān)器件,因此能否有效地降低IGBT開關(guān)元件的功耗也就成為實(shí)現(xiàn)中國十一五規(guī)劃能源消耗總目標(biāo)的關(guān)鍵之一。

在即將于上海舉行的2007年慕尼黑電子展上,當(dāng)今最領(lǐng)先的IGBT器件供應(yīng)商,如三菱電機(jī)、塞米控、富士電機(jī)和英飛凌半導(dǎo)體等領(lǐng)先企業(yè)將為廣大的中國機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)師帶來他們開發(fā)的最新IGBT產(chǎn)品。例如,三菱電機(jī)公司將帶來其第五代高性能、小型化、低損耗智能功率模塊(IPM),它的主要特點(diǎn)有:采用第5代新溝槽型IGBT(絕緣柵雙極晶體管)硅片,絕緣電壓最高達(dá)2500V,其功耗比第一代產(chǎn)品降低70%,體積大大減小,而且低損耗;7單元和6單元緊湊封裝;通過采用新的ASIC控制di/dt減少EMI;在硅片上設(shè)置溫度傳感器,使過溫保護(hù)更精確;制動(dòng)IGBT的額定電流提高到逆變IGBT的50%;最大輸出電流可達(dá)900A;開關(guān)頻率可高達(dá)20KHz。

三菱電機(jī)率先在IGBT硅片上集成了反向?qū)ǘO管,并成功開發(fā)出反向?qū)≧C-IGBT,這可進(jìn)一步減少模塊內(nèi)置硅片數(shù)量和配線數(shù),以提高產(chǎn)品的性價(jià)比。采用散熱優(yōu)化的封裝結(jié)構(gòu)使產(chǎn)品的熱阻與以往產(chǎn)品相比減小了約一半(減小45%),散熱特性得到改善。同時(shí),針對(duì)去年7月起實(shí)行的歐洲RoHS指令,該模塊外部端子的電鍍層采用完全無鉛焊料,模塊內(nèi)部的焊接也是完全無鉛化的,從而實(shí)現(xiàn)了模塊整體的無鉛化,完全滿足歐洲的RoHS標(biāo)準(zhǔn)。

英飛凌科技公司將帶來專為牽引驅(qū)動(dòng)而優(yōu)化的全新IHM/IHV B系列IGBT功率模塊和全新緊湊型PrimePACKTM IGBT模塊系列。借助全新IHM/IHV B系列IGBT功率模塊,用戶可設(shè)計(jì)出能夠在嚴(yán)酷的環(huán)境下正常工作,全面滿足大負(fù)荷與溫度循環(huán)要求的高效功率變頻器,如電力機(jī)車、電車的牽引驅(qū)動(dòng)裝置等。全新模塊擴(kuò)展了英飛凌上一代IHM-A模塊的功能和規(guī)格,實(shí)現(xiàn)了熱阻性能的改善和負(fù)荷循環(huán)能力的提高,并將運(yùn)行溫度提高至+150℃。
 
與同等尺寸的傳統(tǒng)變頻器相比,基于這種全新高功率模塊設(shè)計(jì)的變頻器的功率可提高50%。同時(shí),因?yàn)镮HM/IHV B模塊優(yōu)良的熱性能,運(yùn)用它設(shè)計(jì)的變頻器的輸出電流在典型的工況下可以使得輸出電流的能力提高50% ,例如,3,300V模塊的額定電流從1,200A升至1,500A,增幅高達(dá)25%。這種全新模塊的最大運(yùn)行溫度也從先前+125℃上升至+150℃。英飛凌還將這種模塊的最小貯存溫度從先前-40℃降低至-55℃。
 
IHM/IHV B系列模塊與成熟IHM-A系列產(chǎn)品完全兼容,這能夠讓用戶在不改變產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的情況下,進(jìn)行更新?lián)Q代。除改進(jìn)熱阻性能外,全新B系列模塊還可滿足一些要求非??量痰膽?yīng)用,如電力機(jī)車或電車的牽引驅(qū)動(dòng)裝置等對(duì)耐用性與可靠性的要求。在啟動(dòng)與停止階段,這些牽引驅(qū)動(dòng)裝置的溫度有很大的波動(dòng)。為了滿足牽引驅(qū)動(dòng)設(shè)備的性能需求,英飛凌為IHM/IHV B設(shè)計(jì)了碳化硅鋁(ALSiC)基板,與氮化鋁襯底結(jié)合使用,可將熱循環(huán)能力提高10倍。對(duì)于其他溫度變化幅度較小的應(yīng)用,如工業(yè)傳動(dòng)、風(fēng)力發(fā)電和電梯等,英飛凌將提供使用銅基板的IHM/IHV B模塊。IHM/IHV B系列模塊的電流能夠做到3,600 A,電壓可達(dá)3,300 V。此外,這些新型模塊符合RoHS要求,并滿足NFF16-101和16-102的防火要求。

全新緊湊型PrimePACKTM IGBT模塊系列則可為各種工業(yè)傳動(dòng)裝置以及風(fēng)力發(fā)電、電梯以及其它傳動(dòng)設(shè)備、電力機(jī)車用電源及供暖系統(tǒng)傳動(dòng)裝置,提供優(yōu)化型功率轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)解決方案。在這種基于創(chuàng)新型封裝概念的全新PrimePACKTM模塊中,IGBT芯片距基板緊固點(diǎn)更近,降低了基板與散熱器之間的熱阻。基于這些特點(diǎn),與傳統(tǒng)模塊相比,能夠使內(nèi)部雜散電感降低60%左右。減少雜散電感對(duì)于消除尖峰過電壓是非常重要的。獨(dú)特的布局大大改善了熱分布,實(shí)現(xiàn)了整個(gè)模塊系統(tǒng)的低熱阻性能。最高運(yùn)行溫度從+125℃提高到+150℃,大大超出了先前模塊。英飛凌還將這種模塊的最小貯存溫度從先前-40℃降低至-55℃。這一面向功率變換器應(yīng)用的全新IGBT模塊,還能在相同阻斷電壓或模塊尺寸的條件下,使額定電流上升20%左右,或者在以相對(duì)較小的體積實(shí)現(xiàn)相同的功率損耗。 
    目前,英飛凌已經(jīng)推出了1,200V和1,700V兩個(gè)電壓級(jí)別的PrimePACKTM模塊,每個(gè)模塊都有兩種尺寸規(guī)格:89mm


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