Трябва да сте влезли в
-
moreX
-
Компоненти
-
-
Category
-
Полупроводници
- Диоди
- Тиристори
- Електроизолирани модули
- Изправителни мостове
-
Транзистори
- Транзистори | GeneSiC
- Модули SiC MOSFET | Mitsubishi
- Модули SiC MOSFET | STARPOWER
- ABB SiC MOSFET модули
- IGBT модули | MITSUBISHI
- Транзисторни модули | MITSUBISHI
- MOSFET модули | MITSUBISHI
- Транзисторни модули | ABB
- IGBT модули | POWEREX
- IGBT модули | INFINEON (EUPEC)
- Полупроводникови елементи от силициев карбид
- Go to the subcategory
- Драйвeри
- Силови блокове
- Go to the subcategory
-
Електрически преoбразователи
-
Токови преoбразователи LEM
- Токов преобразовател със затворена верига на обратна връзка (C/L)
- Токов преобразовател с отворена верига на обратна връзка (O/L)
- Токов преобразовател захранван с еднополюсно напрежение
- Преобразователи в технология Eta
- Високоточни токови преобразуватели LF xx10 серия
- Преобразуватели на ток от серия LH
- HOYS и HOYL - предназначени за директно монтиране върху проводникова шина
- Настоящи преобразуватели в SMD технологията от сериите GO-SME и GO-SMS
- АВТОМОБИЛНИ токови преобразуватели
- Go to the subcategory
-
Преобразуватели на напрежение | LEM
- Напреженови преобразователи серия LV
- Напреженови преобразователи серия DVL
- Прецизни напреженови преобразователи с двойна магнитна сърцевина серия CV
- Тягов напреженов преобразовател DV 4200/SP4
- Преобразуватели на напрежение от серията DVM
- Преобразувател на напрежение - DVC 1000-P
- Преобразуватели на напрежение - серия DVC 1000
- Go to the subcategory
- Прецизни токови преобразуватели | LEM
- Go to the subcategory
-
Токови преoбразователи LEM
-
Пасивни компоненти (кондензатори, резистори, предпазители, филтри)
- Резистори
-
Предпазители
- Миниатюрни предпазители за електронни системи серия ABC и AGC
- Бързи тръбни предпазители
- Закъснителни вложки с характеристика GL/GG и AM
- Ултрабързи стопяеми вложки
- Бързи предпазители британски и американски стандарт
- Бързи предпазители европейски стандарт
- Тягови предпазители
- Високоволтни предпазителни вложки
- Go to the subcategory
-
Кондензатори
- Кондензатори за двигатели
- Електролитни кондензатори
- Кондензатори тип snubbers
- Кондензатори за мощност
- Кондензатори за DC (постояннотокови вериги)
- Кондензатори за компенсиране на мощност
- Високоволтови кондензатори
- Кондензатори за индукционно нагряване
- Кондензатори за съхранение на импулси и енергия
- DC LINK кондензатори
- Кондензатори за AC/DC вериги
- Go to the subcategory
- Филтри EMI (против смущения)
- Суперкондензатори
-
Защита от пренапрежение
- Защита от пренапрежение за коаксиални приложения
- Защита от пренапрежение за системи за видеонаблюдение
- Защита от пренапрежение за захранващи кабели
- Ограничители за пренапрежение за LED
- Ограничители за пренапрежение за фотоволтаици
- Защита на системата за претегляне
- Защита от пренапрежение за Fieldbus
- Go to the subcategory
- Go to the subcategory
-
Релета и контактори
- Теория- релета и контактори
- Полупроводникови релета АС 3-фазни
- Релета полупроводникови DC
- Регулатори, управляващи системи и аксесоари
- Системи за мек старт и реверсивни контактори
- Електромеханични релета
- Контактори
- Ротационни превключватели
-
Полупроводникови релета АС 1-фазни
- Полупроводникови релета AC еднофазни серия 1 | D2425 | D2450
- Полупроводникови релета AC еднофазни серия CWA I CWD
- Полупроводникови релета AC еднофазни серия CMRA I CMRD
- Полупроводникови релета АС ендофазни серия PS
- Полупроводникови релета AC двойни и четворни серия D24 D, TD24 Q, H12D48 D
- 1-фазни полупроводникови релета серия gn
- Полупроводникови релета АС серия ckr
- Релета AC еднофазни на шина DIN серия ERDA и ERAA
- Еднофазни AC релета за ток 150А
- Двойни полупроводникови релета, интегрирани с радиатор за DIN шина
- Go to the subcategory
- Полупроводникови релета АС 1-фазни, за печатни платки
- Интрфейс релета
- Go to the subcategory
- Индукционни елементи
- Радиатори, Bаристори, Tермични защити
- Вентилатори
- Климатизация, Оборудване за електрически шкафове, Охладители
-
Батерии, зарядни устройства, буферни захранвания и инвертори
- Батерии, зарядни устройства - теоретично описание
- Литиево-йонни батерии. Персонализирани батерии. Система за управление на батерията (BMS)
- Батерии
- Зарядни устройства и аксесоари за батерии
- UPS резервно захранване и буферни захранвания
- Преобразуватели и аксесоари за фотоволтаици
- Енергиен запас
- Горивни клетки
- Литиево-йонни батерии
- Go to the subcategory
-
Автоматика
- Futaba Drone Parts
- Крайни изключватели, Микроизключватели
- Датчици, Преобразователи
- Пирометри
- Броячи, Времеви релета, Панелни измервателни прибори
- Промишленни защитни устройства
- Светлинна и звукова сигнализация
- Термокамера
- Екрани LED
- Управляваща апаратура
-
Регистратори
- Регистратор на температура със запис на лента и цифров показател - AL3000
- Микропроцесорни регистратори с екран LCD серия KR2000
- Регистратор KR5000
- Измервател със функция за регистриране на влажност и температура HN-CH
- Експлоатационни материали за регистратори
- Компактен графичен регистратор 71VR1
- Регистратор KR 3000
- Регистратор РС серия R1M
- Регистратори РС серия R2M
- Регистратор РС - 12 изолирани входа– RZMS
- Регистратор PC, USB, 12 изолирани входа – RZUS
- Go to the subcategory
- Go to the subcategory
-
Проводници, Кабел литцендрат, Кабелни канали, Меки връзки
- Проводници
- Кабел литцендрат
-
Кабели за специални приложения
- Компенсиращи и удължаващи проводници
- Проводници за термодвойки
- Съединителни проводници за РТ датчици
- Многожилни проводници темп. -60C до +1400C
- SILICOUL проводници средно напрежение
- Запалителни проводници
- Нагревателни проводници
- Едножилни проводници темп. -60C до +450C
- Проводници за ЖП приложения
- Нагревателни проводници в Ех изпълнение
- Go to the subcategory
- Кабелни канали
-
Плетени кабели
- Плоски плетени кабели
- Кръгли плетени кабели
- Много гъвкави плетени кабели - плоски
- Много гъвкави плетени кабели - кръгли
- Медни цилиндрични плетени кабели
- Медни цилиндрични плетени кабели и канали/кожуси
- Гъвкави заземяващи ленти
- Плетени проводници от оцинкована и неръждясваща стомана
- Медни изолирани плетени проводници PCV -температура до 85 градуsа по C
- Плоски плетени алуминиеви проводници
- Комплект за подсъединение - плетени проводници и тръбички
- Go to the subcategory
- Оборудване за тяга
- Кабелни накрайници
- Изолирани еластични шини
- Многослойни еластични шини
- Системи за провеждане на кабели (шлауфи)
- Кабелни канали / маркучи
- Go to the subcategory
- View all categories
-
Полупроводници
-
-
- Suppliers
-
Applications
- AC и DC задвижвания (инвертори)
- CNC машинни инструменти
- Energy bank
- HVAC автоматизация
- Двигатели и трансформатори
- Заваръчни машини и заваръчни машини
- Захранващи (UPS) и токоизправителни системи
- Измерване и регулиране на температурата
- Измерване и регулиране на температурата
- Индукционно отопление
- Индустриална автоматизация
- Индустриална автоматизация
- Индустриални защитни устройства
- Компоненти за потенциално експлозивна атмосфера (EX)
- Машини за сушене и обработка на дървесина
- Машини за термоформоване на пластмаси
- Минно дело, металургия и основаване
- Оборудване за разпределителни, контролни и телекомуникационни шкафове
- Печат
- Трамвайна и железопътна тяга
-
Инсталация
-
-
Montaż urządzeń
- Монтаж на шкафове
- Проектиране и монтаж на шкафове
- Монтаж на енергийни системи
- Компоненти
- Машини, създадени по поръчка
- Научноизследователска и развойна дейност
-
Промишленни тестери
- Силови полупроводникови тестери
- Тестери за електрически апарати
- Тестери за варистори и отводители
- Автомобилен тестер за предпазители
- Qrr тестер за измерване на преходен заряд в тиристори и силови диоди
- Роторен тестер на прекъсвачи от серия FD
- Тестер за проверка на устройства за остатъчен ток
- Тестер за калибриране на реле
- Тестер за визуални тестове на бутални пръти на газови пружини
- Тиристорен превключвател с висок ток
- Тестер за разрушаване на мрежи
- Go to the subcategory
- View all categories
-
-
-
Индуктори
-
-
Modernizacja induktorów
- Ремонт на използвани индуктори
- Модернизация на индуктори
-
Производство на нови индуктори
- Втвърдяване на коляновите валове
- Втвърдяване на зъбите на лентовия трион
- Нагряване на елементи преди залепване
- Втвърдяване на пистите на автомобилните лагери на главината на колелата
- Втвърдяване на компонентите на трансмисията на задвижването
- Втвърдяване на стъпаловидни шахти
- Нагряване в контракционни фуги
- Сканиращо втвърдяване
- Меко запояване
- Нагреватели на заготовки
- Go to the subcategory
- Знание
- View all categories
-
-
-
Индукционни устройства
-
-
Urządzenia indukcyjne
-
Генератори за индукционно нагряване
-
Индукционни отоплителни генератори Ambrell
- Генератори: mощност 500 W, честота 150-400 kHz
- Генератори: mощност 1,2 - 2,4 kW, честота 150 - 400 kHz
- Генератори: mощност 4.2 - 10 kW, честота 150 - 400 kHz
- Генератори: mощност 10 - 15 kW, честота 50 - 150 kHz
- Генератори: mощност 30-45 kW, честота 50-150 kHz
- Генератори: mощност 65-135 kW, честота 50-150 kHz
- Генератори: mощност 180-270 kW, честота 50-150 kHz
- Генератори: mощност 20-35-50 kW, честота 15-45 kHz
- Генератори: mощност 75-150 kW, честота 15-45 kHz
- Генератори: mощност 200-500 kW, честота 15-45 kHz
- Генератори: mощност 20-50 kW, честота 5-15 kHz
- Go to the subcategory
- Индукционни отоплителни генератори Denki Kogyo
-
JKZ индукционни отоплителни генератори
- Генератори от серия CX, честота: 50-120kHz, мощност: 5-25kW
- SWS генератори, честота: 15-30kHz, мощност: 25-260kW
- Генератори (пещи) за формоване и коване на серия MFS, честота: 0,5-10kHz, мощност: 80-500kW
- MFS топилни пещи, честота: 0,5-10kHz, мощност: 70-200kW
- Генератори на UHT серия, честота: 200-400kHz, мощност: 10-160kW
- Go to the subcategory
- Генератори на лампи за индукционно отопление
- Индукционни отоплителни генератори Himmelwerk
- Go to the subcategory
-
Индукционни отоплителни генератори Ambrell
- Ремонти и модернизация
- Периферни устройства
-
Aпликации
- Медицински приложения
- Приложения за автомобилната индустрия
- Меко запояване
- Запояване
- Алуминиево запояване
- Припояване на магнитни инструменти от неръждаема стомана
- Прецизно запояване
- Атмосферно запояване
- Запояване на месингови и стоманени капачки за радиатори
- Запояване на синтеровани карбиди
- Запояване на медния накрайник и проводника
- Go to the subcategory
- Знание
- View all categories
-
Генератори за индукционно нагряване
-
-
-
Обслужване
-
-
asd
- Сервиз на промишлени охладители за вода и климатици
- Ремонт и модернизация на машини
- Поправка на устройства за автоматика, енергетика и промишлена автоматика
- Захранвания с високо напрежение за електрофилтри
- Индустриални принтери и етикетиращи машини
- Certyfikaty / uprawnienia
- View all categories
-
-
- Contact
- Zobacz wszystkie kategorie
7th Generation 1700 V IGBT Modules: Loss Reduction and Excellent System Performance
7th Generation 1700 V IGBT Modules: Loss Reduction and Excellent System Performance
For power electronic systems like industrial drives and converters for renewable energy applications, the major system requirements are: high reliability, high efficiency, high power density and competitive costs. In order to meet these requirements, power loss reduction is a key factor. Power loss reduction enables designs with higher power densities and lower IGBT junction temperatures. As a result, higher reliability can be achieved and the cooling system can be accordingly optimized. Therefore, Mitsubishi Electric has developed the new 1.7 kV 7th generation IGBT modules with improved performance.
By Masaomi Miyazawa, Thomas Radke and Narender Lakshmanan, Mitsubishi Electric Europe B.V.
1. Introduction
Power module performance affects the overall efficiency of the power electronic system. Accordingly, power modules have to be carefully chosen for a given application depending on various electrical and thermal performance parameters. Mitsubishi Electric had launched the latest 7th generation industrial IGBT modules in the 650 V and 1200 V classes [1]. These modules have already been well accepted by the market due to the advantages with regards to the key system requirements: high power density, high efficiency and high reliability. Subsequently, the 1700 V IGBT modules were developed to support applications with system voltages of 690 Vac.
For renewable applications, the AC-grid filter size can be reduced by increasing the IGBT switching frequency. In case of motor drives, higher switching frequencies are considered beneficial especially for operation at high output frequencies. Unfortunately, the switching loss behavior of the existing 1700 V modules available at the market has not encouraged the designers to explore the possibility of increasing the switching frequency for availing system level benefits. In order to enable operation at reasonable switching frequencies (above 1000 Hz) with the 1.7 kV IGBT modules, the 7th generation IGBT chips and the RFC (Relaxed Field of Cathode) diode chips [2] were developed and optimized for achieving a significant reduction in power loss.
An optimized line-up from 100 A to 600 A current rating has been developed. Further module developments with higher rated currents (up to 1200A) are ongoing.
2. 7th generation chip performance
In order to offer the best electrical characteristics, the latest 7th generation CSTBT™ chip [4] and RFC diode have been used in the 1.7 kV IGBT modules. These chips possess an optimized structure and are thinner than previous generation devices. Additionally, the devices have been designed by selecting an appropriate trade-off between the DC performance and the switching performance.
2.1 IGBT chip
The IGBT power loss and the EMI profile has been optimized by designing an optimized MOS structure, advanced termination, and a reduction of the wafer thickness. Figure 1 shows the comparison of the trade-off between VCEsat and Eoff of the 7th generation IGBT with a standard IGBT chip available in the market today. The Eoff of the 7th generation IGBT is approximately 30 percent lower in spite of the same on-sate voltage drop.
Figure 1: Comparison of the trade-off between VCEsat and Eoff Conditions: VCC=1000 V, IC=600 A, Tj=125 °C, RG min.
2.2 Diode chip
The 7th generation 1.7kV IGBT module is equipped with the RFC diode in order to reduce power loss without generating unnecessary oscillations during switching. The RFC diode has a unique structure in which the P layer is partially added on the cathode side and holes are injected during the recovery period to soften the recovery waveform. Using the RFC structure, it was possible to develop a diode with a reduced wafer thickness and one which does not exhibit snappy behavior. Thus, it was possible to improve the diode trade-off (DC performance versus switching loss). Figure 2 shows the comparison of the trade-off between VF and Err. A significant reduction (about 50%) of recovery losses has been achieved. Additionally, the lower recovery charge Qrr results in a reduction of IGBT turn-on switching losses.
Figure 2: Comparison of the trade-off between VF and Err Conditions: VCC=1000 V, IC=600 A, Tj=125 °C, RG min.
3. Power loss comparison
A loss simulation for several application conditions has been performed by using the free simulation software Melcosim [5]. Figure 3 shows the overall power loss comparison of 600A/1700V IGBT module CM600DX(P)-34T [6] with the IGBT module from Manufacturer A. As evident from Fig. 3, the power loss of the 7th generation IGBT module is approximately 30 percent lower under typical application conditions (considering a switching frequency of 2 kHz). It is clear that a major contributor to the loss improvement is the reduction of diode switching losses and the IGBT switching losses. For a heatsink with Rth(s-a)=90 K/kW, the resulting IGBT-chip temperature Tj is 22 K lower at the given application conditions. However, if the junction temperature Tj is to be maintained the same, the output current can be increased by approximately 30%. Figure 4 shows the comparison of power loss in the 600A/1700V IGBT module as function of switching frequency. As evident from Fig. 4, the improvement rate is getting higher at a higher frequency. For example the power loss of the IGBT module from Manufacturer A at 2 kHz is almost the same as the overall power loss considering the 7th generation technology’s performance at 4 kHz switching frequency. As a result, by maintaining the same efficiency, the switching frequency could be doubled from 2 kHz to 4 kHz. This increase in the switching frequency enables a remarkable size and cost reduction of passive components like filter chokes.
Figure 3: The Power loss comparison of the 600A/1700V IGBT module at 2 kHz Conditions: VCC=1000 V, IO=270 A peak, fc=2 kHz, cos(φ)=0.8, M=1, Ta=40 °C, Rth(s-a)=90 K/kW, RG min.
Figure 4: The power loss comparison considering the 600A/1700V IGBT module for several switching frequencies Conditions: VCC=1000 V, IO=270 Apeak, cos(φ)=0.8, M=1, Tj=125 °C, RG min.
4. Expanded line-up
In order to meet various applications requirements, Mitsubishi Electric has developed a comprehensive modules line-up in 1.7 kV class. Table 1 shows the line-up which includes 12 module types in the NX-package ranging from 100 A to 600 A and 6 module types in the standard package ranging from 75 A to 400 A. In the NX-type package, both solder-pin and press-fit-pin options have been developed for each current rating. They have different terminals. The press-fit-pin package can be assembled by solderless press process to the PCB board. Furthermore, in the NX-type module, the SLC (Solid Cover) technology delivers an improved thermal cycle capability by combining a resininsulated metal baseplate and direct potting resin [3]. The advanced SLC technology enables the elimination of the internal bond wires between multiple ceramic substrates which resulting in lower parasitic inductance and higher reliability. In the standard-type module (refer to Table 1), the TMS (Thick Metal Substrate) technology eliminates the solder layer under the substrate and increases the thermal cycle capability [1]. The parasitic inductance has been reduced by improving the internal layout. In addition, the main terminal pitch for the 62× 108 mm package is 28 mm, which is compatible to the existing package in Europe. The 7th generation IGBT modules are available with the pre-applied PC-TIM (Phase Change Thermal Interface Material) optionally. It contributes to the simplification of the assembly process and improves the thermal contact between module base and heatsink.
Table 1: Expanded line-up in 1.7 kV class. In the NX-type package, there are two pin types (solder and press-fit) in the each current rating.
To support applications requiring higher power ratings, a new industrial IGBT module with a half bridge configuration is under development. This new power module package which is shown in Figure 5 has a dimension of 100x144x40 mm³. IGBT modules based on the 7th generation chip technology, with a current ratings up to 1200 A in the 1700 V category are under consideration. In case an application requires higher current (more than 1200A) this module is an ideal solution since it is optimized for parallel operation thereby providing a scalable and an efficient solution for high power applications.
Figure 5: New industrial IGBT module
5. Summary
In the analysis presented here, the IGBT chip performance exhibits approximately 30% improved trade-off between the VCEsat and Eoff. The diode chip performance exhibits 50% lower Err. By utilizing these devices, the overall power loss is approximately 30% lower and Tj is 22 K lower than the performance of the IGBT module from Manufacturer A at 2 kHz and even more significant in case of higher switching frequencies. This enables either 30% higher output power or doubling the switching frequency (cost saving of passive components).
It is evident that Mitsubishi Electric offers several different types of power semiconductor modules (18 types of module designs) utilizing latest technologies in order to deliver the best system performance and the highest system reliability in the 1700 V category.
References:
[1] M. Miyazawa et al., “7th Generation IGBT Module for Industrial Applications“, PCIM Europe 2014, Nuremberg, Germany, pp. 34-38.
[2] K. Nakamura et al., “Evaluation of Oscillatory Phenomena in Reverse Operation for High Voltage Diodes”, ISPSD 2009, Barcelona, Spain, pp. 156-159.
[3] T. Radke et al., “Enhanced Power Density and Expanded Line-up of the 7th Gen. Industrial IGBT Modules Utilizing the Improved Thermal Conductivity of the Highly Reliable SLC-Technology”, Bodo’s Power Systems, June 2016, pp. 16-22.
[4] H. Takahashi et al., ”Carrier Stored Trench-Gate Bipolar Transistor (CSTBT) – A Novel Power Device for High Voltage Application”, ISPSD 1996, Maui, USA, pp. 349-352.
[5] Melcosim Simulation software “www.mitsubishielectric.com/semiconductors/simulator/index.html”
[6] DatasheetCM600DX(P)-34T www.mitsubishielectric.com/semiconductors/php/oPartProfile.php?FILENAME=cm600dx-34t_e.pdf&FOLDER=/product/powermodule/igbt/t_series
Leave a comment