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
Advanced Si-IGBT Chip Design for Maximum Overall System Performance
Advanced Si-IGBT Chip Design for Maximum Overall System Performance
The overall system performance is undoubtedly influenced to a significant extent by the choice of the power semiconductor technology employed. For conventional IGBT modules, the recent improvements in the VCEsat vs. Eoff trade-off shows a tendency towards saturation and hence the performance improvement of upcoming IGBT chip generations do not indicate a significant step in efficiency improvements anymore. With the new G1- IPM series it is possible to obtain substantial system efficiency improvement by utilizing an advanced Si-IGBT chip and implementing an adaptive gate control.
By Narender Lakshmanan and Thomas Radke, Mitsubishi Electric Europe B.V.
Introduction:
Mitsubishi Electric has introduced the new G1 series Intelligent Power Modules (IPM) with an advanced Si-IGBT design to address several key performance parameters and enable the end-user to achieve high system performance. The advancements in the G1 IPM chip technology are aimed at resolving some inherent drawback of the Si-IGBT especially when it is employed for motor control applications. The G1 IPM device has been developed by implementing some key advancements in the latest 7th generation IGBT. It can be noticed (refer Figure 1) that in comparison to the 7th generation conventional Si-IGBT, the advanced G1 IPM chip technology offers significant benefits although it belongs to the same chip generation.
Figure 1 : A comparison of the VCEsat x EOFF index for different Si-IGBT technologies
Short Circuit Capability and Electrical Performance:
Short circuit protection for a conventional Si-IGBT has been implemented using a ‘desaturation detection’ based system where the VCE across the IGBT is observed to ascertain the occurrence of a short circuit event. To facilitate a successful detection, the conventional Si-IGBT devices are designed such that several gate cells in the chip are left unconnected [6][2]. While this ensures that the IGBT enters into the desaturation mode beyond a particular value of IC, it also means that several electrical parameters are compromised to a certain extent [6][2][3]. The G1 IPM possess a Si-IGBT chip with a monolithically integrated current sense emitter (refer figure 2). The sense emitter feature facilitates an assessment of the IGBT collector current via direct measurement. Based on the input from the sense emitter, trip levels can be assigned and an SC turn-off can be initiated before the chip desaturates. This approach to directly determine the instantaneous IC renders the VCE based desaturation detection system obsolete. Thus, it is no longer necessary to ensure that the IGBT enters into the desaturation mode. As a direct consequence, all available gate cells in the Si-IGBT chip can be connected transforming the chip into a ‘full gate IGBT’ and the subsequent electrical benefits can be harvested due to the enhanced utilization of the Si-IGBT chip [1]. Additionally, the IGBT chip is provided with an on-chip temperature sensing diode in the center of the chip in order to ascertain the IGBT junction temperature with maximum effectiveness (refer figure 2).
Figure 2 : The temperature sensor and the current sense emitter components of the IGBT chip in the G1-IPM
Switching dv/dt as a Performance Limiting Factor:
One factor that negatively influences the lifetime of the insulation layers in the system (motor winding insulation or cable insulation) is the exposure to high speed transient voltages (dv/dt). The IGBT switching event is capable of generating high dv/dt at the terminals of the power module (especially during a turn-on event). A conventional solution to address this issue is to restrict the switching speed of the IGBT by employing a gate impedance such that the switching dv/dt is maintained below a particular level. The dv/dt versus IC characteristics is such that the highest dv/dt (worst case dv/dt) is experienced during turn-on of low IC and the turn-on dv/dt reduces with an increase in IC. Although the worst case dv/dt would be generated only during turn-on of low IC, a conventional gate driver with fixed turn-on gate resistances will force a restriction of switching speed for all values of IC. This approach will generate significant turn-on losses while operating at high IC even though the switching dv/dt is not the worst case during high IC operation. It is therefore clear that for conventional Si-IGBT technology, there is a trade-off between controlling the worst-case dv/ dt and efficiency.
Figure 3 : Utilization of the sense emitter to implement a switching speed control in the G1 IPM
Utilizing Sense Emitter to Control dv/dt Without Sacrificing Efficiency:
The sense emitter provision in the advanced full gate Si-IGBT open up the possibility to ascertain the IC. Based on the dv/dt vs IC dependency, it is clear that to address the worst case dv/dt, it is appropriate to implement a switching speed restriction only during the switching of low IC. Considering this key point, a switching technique has been implement in the G1 IPM Si-IGBT devices where the turn-on switching speed in regulated based on the IC. If the IC (from the sense emitter data) is ascertained to be below a particular threshold, the gate drive unit will be informed to apply a switching speed restriction such that the worst case dv/dt is avoided. When the switching IC exceeds the pre-set threshold value, the gate drive unit will be informed to turn the IGBT ON with a higher switching speed, such that the turn-on losses can be optimized. With this approach, the worst case dv/dt is avoided during switching, while simultaneously ensuring that the system efficiency is not compromised (refer Figure 3).
Full Gate IGBT with Sense Emitter - Analysis of Overall Performance:
The G1 IPM module utilizes the full gate 7th generation Si-IGBT which is equipped with the monolithically integrated sense emitter. This approach is aimed at combining the benefits of the full gate Si-IGBT along with the advantages of the sense emitter component. The target is to ensure maximum efficiency, high reliability (instantaneous IC based SC protection) and an acceptable EMI profile (dv/dt control). Figure 4 shows a comparison of the overall power loss performance of the full gate device with the conventional Si-IGBT (under same turn-on dv/dt condition). As evident from Figure 4, the full gate IGBT device generates approximately 18% less overall losses than the conventional Si-IGBT device under the mentioned working conditions.
Figure 4 : The comparison of the total power loss generated by a single IGBT + Diode combination in the 100A/1200V 7th gen Full Gate device and the 7th gen Si-IGBT (100A/1200V) for the conditions: VCC = 600V, Iout = 100 A rms, fC = 5 kHz, m = 1, cos(φ) = 0.8, TS = 80°C, fo = 50 Hz
Figure 5: The Comparison of total losses generated in a single IGBT + Diode combination in the 100A/1200V 7th gen Full Gate device and the 7th gen Si-IGBT (100A/1200V) for several switching frequencies. Conditions: VCC= 600V, Iout = 100 Arms, m = 1, cos (φ) = 0.8, Ts = 80°C, fo = 50 Hz
Under the conditions mentioned in Figure 4, the switching speed control technique allows for a 48% reduction in the turn-on losses. The full gate IGBT (with sense emitter) clearly generates significantly lower switching loss versus its convention counterpart. Figure 5 shows the overall power loss versus fC (switching frequency) of the full gate (with sense emitter) IGBT and the conventional Si-IGBT device. The gap in performance between the full gate IGBT (with sense emitter) and the conventional Si-IGBT increases with an increase in the fC.
For applications which require an operation at low levels of audible noise (high switching frequencies are necessary), the 7th generation full gate IGBT (with sense emitter) promises enormous system level benefits. Certain overload operation points exist for motor control applications. During the stand-still (locked rotor) condition - the load current is not symmetrically distributed among the inverter IGBTs, and during extremely low output frequencies - the inverter IGBTs can experience a high current ripple. Under such overload conditions, it is crucial to determine the IGBT junction temperatures of each chip to avoid an over-temperature failure event. The IGBT junction temperature can be effectively monitored using the on-chip temperature sensor integrated on each chip.
It can thus be concluded that the full gate Si-IGBT equipped with the sense emitter feature and the on-chip temperature sensor address several key challenges which were inherent to the conventional Si- IGBT approach thereby allowing the inverter developer to achieve significantly higher system performance.
References:
[1] An Advanced Si-IGBT Chip for Delivering Maximum Overall System Performance, Narender Lakshmanan and Thomas Radke, Proc. PCIM 2017
[2] USING F-SERIES IGBT MODULES, MITSUBISHI ELECTRIC. Application Note. Feb 2000
[3] New chip design technology for next generation power module. Katsumi Satoh et al., Proc. PCIM 2008
[4] A 6-in-1 IGBT module performance evaluation platform determining the trade-off between dV/dt and turn-on loss of different IGBT/ FwDi chip setups, Marco Honsberg, et al., Proc. EPE 2011
[5] Datasheet – CM100TX-24T
[6] A Novel Series of Intelligent Power Modules “V1” with Internally Paralleled FULL GATE CSTBTTM and mirror Emitter technology for short circuit sensing, Nishida Nobuya et al., Proc. PCIM 2010
Leave a comment