IGBT将是实现中国十一五规划能源
中国的“十一五”规划明确指出,单位国内生产总值能耗将比“十五”末降低20%左右。由于电力是中国目前的主要工业能源,实现中国这一宏伟生态目标的关键是有效降低工业生产过程中需要大电流和高电压的应用的功耗,如工业自动化应用,如交流电机控制、逆变器、继电器、ups电源、开关电源、变频器、有源滤波器、eps电源、风力发电设备、工业传动装置、电梯或辅助传动装置、机车和火车电源以及供暖系统传动装置。
所有这些交流控制应用都需要能够产生大电流和高电压的核心功率器件。目前,市场上的核心功率器件主要包括mosfet半导体场效应晶体管、双极功率晶体管和绝缘栅双极功率晶体管igbt。Mosfet场效应晶体管具有开关速度快、电压型控制的特点,但其导通电阻大,难以满足高电压、大电流的要求。双极型功率晶体管虽然能满足高耐压、大电流的要求,但开关速度不快,是电流控制器件,需要大功率驱动。因此,mosfet半导体场效应晶体管和双极功率晶体管不能满足小尺寸、高频率和高效率的要求。只有绝缘栅双极型功率晶体管igbt集mosfet场效应晶体管的高速性能和双极型功率晶体管的低阻性能于一体,具有电压型控制、输入阻抗大、驱动功率小、开关速度快、工作频率高、安全工作面积大的优点。这使得igbt器件成为这些大功率工业自动化应用的理想功率开关器件,因此能否有效降低igbt开关元件的功耗已成为实现我国十一五能耗总体目标的关键之一。
在即将于上海举行的2007慕尼黑电子展上,领先的igbt器件供应商,如三菱电机、半导体、富士电机和英飞凌半导体,将带来中国机电产品设计师开发的最新igbt产品。例如,三菱电气将推出高性能、小型化和低损耗的第五代智能功率模块(ipm)。其主要特点是:采用第五代新型沟槽igbt(绝缘栅双极晶体管)硅片,隔离电压高达2500v,比第一代产品功耗降低70%,体积大大缩小,损耗低;7芯和6芯紧凑型封装;Emi。通过使用新的asic来控制di/dt。硅片上设有温度传感器,过温保护更加准确;制动igbt的额定电流提高到逆变器igbt的50%。最大输出电流可达900安;;开关频率可高达20khz。
三菱电机率先在igbt硅片上集成了反向导通二极管,并成功开发了反向导通rc-igbt,可以进一步减少模块中内置硅片和布线的数量,提高产品的性价比。与以前的产品相比,产品的热阻降低了约一半(45%),散热特性得到改善。同时,根据去年7月开始实施的欧洲rohs指令,模块外部端子的电镀层采用完全无铅焊料,模块内部焊接也完全无铅,实现了整个模块无铅化,完全符合欧洲rohs标准。
英飞凌科技将推出针对牵引驱动优化的新型ihm/ihv b系列igbt功率模块和新型紧凑型primepacktm igbt模块系列。借助新的ihm/ihv b系列igbt功率模块,用户可以设计出在恶劣环境下能够正常工作、完全满足重载和温度循环要求的高效功率逆变器,如电力机车和有轨电车的牵引驱动装置。新模块扩展了英飞凌上一代ihm-a模块的功能和规格,提高了热阻性能和负载循环能力,并将工作温度提高到+150℃。
与相同尺寸的传统变频器相比,基于这种新型大功率模块设计的变频器功率可提高50%。同时,由于ihm/ihv b模块的优良热性能,由其设计的逆变器输出电流在典型工况下可提高输出电流容量50%。例如,3,300v模块的额定电流从1,200a增加到1,500a,增加了25%。这个新模块的最高工作温度也从+125℃提高到+150℃。英飞凌还将该模块的最低存储温度从-40℃降至-55℃。
Ihm/ihv b系列模块与成熟的ihm-a系列产品完全兼容,使用户能够在不改变产品结构的情况下进行更新。除了提高热阻,新的B系列模块还可以满足一些非常苛刻的应用,如电力机车或电车牵引驱动装置的耐用性和可靠性要求。在启动和停止阶段,这些牵引驱动装置的温度波动很大。为了满足牵引驱动设备的性能要求,英飞凌设计了一种用于ihm/ihv b的铝碳化硅(alsic)衬底,与氮化铝衬底结合使用,可将热循环能力提高10倍。英飞凌将为ihm/ihv b模块提供铜基板,用于温度变化较小的其他应用,如工业传输、风力发电和电梯。ihm/ihv b系列模块的电流可达3,600 a,电压可达3,300 V。此外,这些新模块符合rohs要求,并符合nff16-101和NFF16-102的消防要求。
新的紧凑型primepacktm igbt模块系列可为各种工业传输设备、风力发电、电梯和其他传输设备、电力机车电源和加热系统传输设备提供优化的功率转换器系统解决方案。在这种基于创新封装概念的新型primepacktm模块中,igbt芯片更靠近基板的紧固点,这降低了基板和散热器之间的热阻。基于这些特性,与传统模块相比,内部杂散电感可降低约60%。降低杂散电感对于消除峰值过压非常重要。独特的布局大大改善了热量分布,实现了整个模块系统的低热阻性能。最高工作温度从+125℃提高到+150℃,大大超过了以前的模块。英飞凌还将该模块的最低存储温度从-40℃降至-55℃。这种全新的igbt模块适用于功率转换器应用,在相同的阻断电压或模块尺寸下,也可以将额定电流提高约20%,或者在相对较小的体积内实现相同的功率损耗。
目前,英飞凌已经推出了1200伏和1700伏电压等级的primepacktm模块,每个模块有两种尺寸:89毫米×172毫米和89毫米× 250毫米..
然而,igbt器件在高速开关过程中容易引起电压和电流过冲,影响逆变器的工作效率和可靠性。此外,igbt只能承受几微秒的过电流,这比scr和gtr(几十微秒)要小得多,因此对过电流保护的要求非常高。但是,您不必为此担心,因为您可以在泰科电子的展台上找到您需要的各种自恢复电路保护解决方案。泰科电子瑞康电路保护部可以为您提供包括过流、过压、过热甚至静电保护在内的所有自恢复电路保护解决方案,从而为igbt应用的各种安全认证提供必要的保障。
例如,瑞康电路保护部最近推出了2个ro器件系列产品,集成了过流和过压电路保护技术,具有复位和协同保护功能。这款符合rohs标准的2pro系列器件将polyswitch pptc(聚合物正温度系数热敏电阻)过流保护技术与mov(金属氧化物变阻器)器件相结合,成为一款创新型保护器件,有助于抑制过流事故中的电流和过压事故中的箝位电压。这种通过单个设备实现协同电路保护的方式减少了元件的数量并提高了设备的可靠性。
2pro设备可帮助设备制造商满足ul 60950标准的要求,并能使设备在特定的雷电测试后正常运行。它还有助于设备满足tia-968-a、iec 60950和itu-t k.20/k.21标准下的浪涌测试要求。该保护装置已列入ul 497a规范,也有助于提供esd静电保护功能。
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