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
Parallel Operation: Influence of Power Module Parameters
Parallel Operation: Influence of Power Module Parameters
The challenge of IGBT module paralleling is to understand the necessary de-rating of power converters under consideration of different module parameters. This understanding is important for proper module parallel operation inside the thermal and safe operation limits. This article describes the methodology of how to analyze the influence of module parameters on current sharing and switching energy imbalance for parallel operation of power modules.
By N. Soltau, E. Wiesner, Mitsubishi Electric Europe B.V., Ratingen, Germany Y. Ando, J. Sakai, K. Hatori, Mitsubishi Electric Corporation, Fukuoka, Japan
Introduction
The current imbalance during module operation can be caused both by the characteristics of the paralleled power modules, such as the different forward voltage and by the design of the power converter itself. The interface of power modules, such as power connection on DC and AC side, the design of gate driver, and the gate driver connection to the power modules, have an influence on static and dynamic current imbalance of modules connected in parallel. An overview of the various factors that influence the performance of the power modules connected in parallel is shown in figure 1.
In the chapters below, the focus is on the analysis of the IGBT and diode characteristics with regard to current imbalance in parallelconnected power modules. For the following analysis, uniform cooling conditions are considered.
Figure 1: Factors affecting the performance of power modules connected in parallel
Evaluation Setup and Test Sample
Each rolling stock manufacturer has its own unique converter design, so it would be difficult for semiconductor manufacturers to make representative power module analysis without standardized test setup. This difficulty was discussed in Horizon 2020 Project “Shift2Rail” [2]. The project members agreed to define a standardized interface between semiconductor supplier and power converter manufacturer to discuss de-rating for power modules. The reference setup is shown in figure 2. One of the goals for reference setup is to reduce the influence of external components on the current imbalance of parallel connected power modules as much as possible.
Figure 2: Reference test setup for paralleling evaluation
On the DC side, each power module has an individual DClink capacitor; the AC power connection is made via a wide busbar with a central load connection under the modules. Only one central gate driver is used in combination with a low-inductive interface board to control the paralleled modules.
The reference test setup was chosen for investigation of module parallel connection in the following chapters. CM450DA-66X module in the LV100 package is a representative X-Series power module that was selected as device under test for performing the evaluation and analysis. The X-Series line-up with silicon chipset and aluminum base plate is shown in table 1. These power modules feature the latest X-Series 7th Gen. cutting edge chip set with CSTBT™(III) trench IGBT and RFC diode. Both IGBT and diode chips have a positive temperature coefficient for forward voltage over a wide current range. This feature is beneficial for thermal balancing between the parallel connected modules during operation if the temperature is not evenly distributed across the heatsink. The NTC temperature sensor, which is integrated into the module, allows the monitoring of case temperature for each individual parallel connected module.
Table 1: LV/HV100 X-Series line-up
In addition, the dual-power modules of the X-series use a new innovative aluminum base plate with integrated AlN ceramic insulation, the so-called MCB (Metal Casting direct Bonding) baseplate. The new baseplate structure has a significantly smaller junction to case thermal resistance compared to conventional structure, which allows output-power increase or reduction of the operating junction temperature. In addition, Mitsubishi Electric’s X-Series power modules offer features for demanding railway application such as high CTI value of housing material, partial discharge measurement, high quality control and traceability.
Correlation of Power-Module Parameters and Parallel-Switching Waveforms
To investigate the impact of different IGBT power module parameters on the current sharing, parallel connections of ten different pairs of power modules have been measured. Afterwards, linear regression analysis is performed to correlate characteristics of switching waveforms and power-module parameters. Please find more information in [3].
The devices under test are 3.3 kV / 450 A (CM450DA-66X) power modules in the LV100 package. These devices show a natural distribution in their electrical parameters. Hence, collector-emitter saturation voltage ranges from 2.61 V to 2.81 V, gate-emitter threshold voltage ranges from 6.56 V to 7.70 V, and diode forward voltage ranges from 2.20 V to 2.45 V. The ten pairs have been analyzed in terms of their switching characteristics during turn-on, turn-off and reverse recovery.
Turn-Off Switching Analysis
Figure 3 shows two exemplary turn-off measurement results. When IGBT device parameters are similar, nice current sharing can be achieved. On the contrary, in case of different power module parameters, the load current unequally shares between power modules.
With linear regression analysis of the ten pairs, the correlation between IGBT power module parameters and switching characteristics is determined. It is found that the difference in steady state current ΔIC correlates with the difference in collector-emitter voltage only. Other power module parameters are found to be insignificant (determination coefficient < 95%). Linear regression analysis leads the following relationship for the current imbalance. Please refer to [3] for further details.
Turn-On Switching Analysis
Figure 4 shows turn-on switching waveforms with two power modules connected in parallel. If power module parameters are similar, the current will share equally between both power modules. However, when power modules are different, unequal current sharing between power modules is to be expected.
It is found that current sharing correlates with gate-emitter threshold voltage difference ΔVGE(th) and difference in forward voltage of the complementary free-wheel diodes ΔVEC. Linear regression analysis leads the following relationship for the current imbalance. Please refer to [3] for further details.
Figure 3: Exemplary turn-off waveforms (green: VGE 10V/div, blue: IC1 150A/div, yellow: IC2 150A/div, red: VCE 500V/div, 2.0 us/div)
Figure 4: Exemplary turn-on waveforms (green: VGE 10V/div, blue: IC1 300A/div, yellow: IC2 300A/div, red: VCE 500V/div, 2.0 us/div)
Figure 5: Exemplary reverse-recovery waveforms (blue: IC1 300A/div, yellow: IC2 300A/div, red: VCE 500V/div, 2.0 us/div)
Diode Reverse-Recovery Switching
Exemplary switching results of diode reverse recovery are shown in figure 5. Again, the current shares equally between two power modules if the power-module parameters are different, differences in the static current and in the peak reverse recovery current becomes visible.
Linear regression analysis shows that the static current sharing correlates solely on difference of diode forward voltage ΔVEC. Other power-module parameters are found to be insignificant. The following relationship for the current imbalance is found. Please refer to [3] for further details.
De-rating Calculation up to Six-Times Paralleling
Based on derating factors for currents and energies, that were derived in previous chapter, the required derating in case of parallel connection of more than two modules can be defined. For this, it will be assumed that one of the paralleled modules has a minimum characteristic (resulting in maximum switching energy or current) while all other modules have the maximum characteristics (leading to minimum switching energy or current). By using the following equation, the derating ratio for the collector current for more than two parallel connected modules can be calculated as an example.
Figure 6: Collector current derating ratio versus forward voltage difference
Figure 7: Switching waveforms for 6-times parallel connection (conditions: VCC = 1800V, IC = 2700A (450A per device), Tj = 150°C, VGE = +15V / -9V, RG(on) = 2.7Ω, RG(off) = 62Ω, CGE = 33nF)
The parameter n is the number of parallel connected modules. The parameter x is the identified imbalance ratio from the measurement of two parallel connected modules (for example (ΔIC/ICavg according to (1) and (2) or (ΔIE/IEavg according to (3)). As a result, the de-rating dependency on the grouping parameter can be defined as shown in figure 6. The figure already illustrates that confidence intervals, as determined by the regression analysis, become also very helpful regarding the derating ratio of multiple power modules.
The previous analysis shows that if small parameter variation is guaranteed, a small derating ratio and good current sharing is achievable. This is demonstrated by figure 7. It shows switching type test results of a 6-times parallel connection. The current homogenously shares among the six power modules which leads to good balance of losses and optimal utilization of available chip area.
Conclusion
This article explains a methodology to investigate the influence of power-module parameters on the switching characteristics of a parallel connection. For each switching type, IGBT turn-off, turn-on and diode reverse recovery, the influence of the different device parameters is investigated. Considering only the significant parameters, a model is provided to calculate differences in switching characteristics on arbitrary device parameters. It is shown how the results are transferred to parallel connection with more than two devices. Finally, homogeneous current sharing between six devices in a parallel connection is confirmed. The switching waveforms proof that with welldesigned converter layout and well-paired LV100 modules ideal current sharing is achieved.
References
[1] T. Wiik, „D1.2, New generation power semiconductor, Common specification for traction and market analysis, technology roadmap, and value cost prediction,“ Roll2Rail , H2020 - 636032, 2016.
[2] A. Nagel, J. Weigel, et. al., „Paralleling reference setup,“ Shift2Rail, Pinta, H2020 - 730668, 2019.
[3] Y. Ando, J. Sakai, K. Hatori, N. Soltau and E. Wiesner, “Influence of IGBT and Diode Parameters on the Current Sharing and Switching-Waveform Characteristics of Parallel-Connected Power Modules,” 2022 24th European Conference on Power Electronics and Applications (EPE’22 ECCE Europe), 2022, pp. 1-11.
Leave a comment