trebuie să fii logat
-
întoarce-teX
-
Componente
-
-
Category
-
Semiconductori
- Diode
- Tiristoare
- Module izolate electric
- Punți redresoare
-
Tranzistori
- Tranzistoare | GeneSiC
- Module MOSFET SiC | Mitsubishi
- Module MOSFET SiC | STARPOWER
- Module ABB SiC MOSFET
- Module IGBT | MITSUBISHI
- Module tranzistor | MITSUBISHI
- Module MOSFET | MITSUBISHI
- Module tranzistor | ABB
- Module IGBT | POWEREX
- Module IGBT | INFINEON (EUPEC)
- Elemente semiconductoare - Carbură de siliciu (SiC)
- Accesați subcategoria
- Drivere
- Blocuri de alimentare
- Accesați subcategoria
-
Traductoare electrice
-
Traductoare de curent
- Traductoare de curent in spiră închisă (C/L)
- Traductoare de curent in spiră deschisă (O/L)
- Traductor de curent alimentat cu tensiune unipolară
- Traductoare de curent Eta
- Traductoare de curent de înaltă precizie seria LF xx10
- Traductoare de curent seria LH
- Traductoare de curent seria HOYS și HOYL
- Traductoare de curent SMD, seria GO-SME și GO-SMS
- traductoare de curent AUTOMOTIVE
- Accesați subcategoria
-
Traductoare de tensiune | LEM
- Traductoare de tensiune seria LV
- Traductoare de tensiune seria DVL
- Traductoare de tensiune precise, cu un miez magnetic dublu seria CV
- Traductor de tensiune pentru tracţiune DV 4200/SP4
- Traductoare de tensiune seria DVM
- Traductoare de tensiune seria DVC 1000-P
- Traductoare de tensiune - seria DVC 1000
- Accesați subcategoria
- Traductoare de curent de precizie | LEM
- Accesați subcategoria
-
Traductoare de curent
-
Componente pasive (condensatori, rezistențe, siguranțe, filtre)
- Rezistori
-
Siguranţe
- Siguranţe de dimensiuni mici pentru sistemele electronice - seria ABC şi AGC
- Siguranțe tubulare cu acționare rapidă
- Siguranțe cu timp de întarziere pentru caracteristicile GL/GG și AM
- Siguranţe ultrarapide
- Siguranțe cu acționare rapidă la standarde din Marea Britanie și America
- Siguranțe cu acționare rapidă la standarde europene
- Siguranțe de tracțiune
- Siguranțe de înaltă tensiune
- Accesați subcategoria
-
Condensatori
- Condensatoare pentru motoare
- Condensatori electrolitici
- Condensatori snubbers
- Condensatori de putere
- Condensatoare pentru circuite de curent continuu DC
- Condensatoare de putere reactivă
- Condensatoare de înaltă tensiune
- Condensatoare pentru încălzirea prin inducţie
- Condensatoare de impuls
- Condensatoare DC LINK
- Condensatoare pentru circuite AC/DC
- Accesați subcategoria
- Filtre EMI
- Supercapacitori
-
Protecție la supratensiune
- Protecție la supratensiune pentru aplicații coaxiale
- Protecție la supratensiune pentru sistemele de supraveghere video
- Protecție la supratensiune pentru cablurile de alimentare
- Limitatoare pentru LED-uri
- Limitatoare de supraveghere pentru panourile solare
- Protecția sistemului de cântărire
- Protecție la supratensiune pentru Fieldbus
- Accesați subcategoria
- Accesați subcategoria
-
Relee şi contactoare
- Teoria releelor și a contactoarelor
- Relee semiconductoare AC 3-faze
- Relee semiconductoare DC
- Controlere, sisteme de control si accesorii
- Soft start si relee reversibile
- Relee electromecanice
- Contactoare
- Întrerupătoare rotative
-
Relee semiconductoare AC monofazate
- Relee semiconductoare cu o singură fază, seria 1 D2425 | D2450
- Relee în stare solidă monofazate, seria CWA și CWD
- Relee în stare solidă monofazate, seria CMRA I CMRD
- Relee semiconductoare monofazate, seria PS
- Relee semiconductoare duble și quad, AC seria D24 D, TD24 Q, H12D48 D
- Relee monofazate serie gn
- Relee cu stare monofazată din seria Ckr
- Relee de curent alternativ monofazate pentru SERIA ERDA ȘI ERAA
- Relee monofazate 150A AC
- Relee duble semiconductoare integrate cu o radiator din șină DIN
- Accesați subcategoria
- Relee semiconductoare monofazate pentru PCB de curent alternativ
- Relee de interfaţă
- Accesați subcategoria
- Componente inductive
- Radiatoare, varistoare, protectie termica
- Ventilatoare
- Aer condiţionat, accesorii carcase industriale, Instalatii de racire
-
Baterii, încărcătoare, surse de alimentare tampon și invertoare
- Acumulatoare, încărcătoare - descriere teoretică
- Baterii cu ioni de litiu. Baterii standard. Sistem de gestionare a bateriei (BMS)
- Acumulatoare
- Încărcătoare de baterii și accesorii
- Surse de alimentare UPS și tampon
- Convertoare și accesorii pentru panouri fotovoltaice
- Stocare a energiei
- Celule de combustibil
- Baterii cu ioni de litiu
- Accesați subcategoria
-
Automatizări
- Futaba Drone Parts
- Limita de switch-uri, switch-uri micro
- Traductoare de senzori
- Pirometre
- Contoare, Relee, Indicatoare de panou
- Dispozitive de protecție industriale
- Semnalizări luminoase şi acustice
- Camera de imagistică termică
- Afișaj LED
- Echipamente de control
-
Dispozitive de înregistrare
- Înregistrator temparatură cu bandă şi indicatoare digitale de înregistrare - AL3000
- Microprocesoare, înregistrator cu ecran LCD seria KR2000
- Înregistrator KR5000
- Contorul cu funcţia de înregistrare de umiditate şi temperatură HN-CH
- Materiale consumabile pentru Înregistratoare
- Compact înregistrator grafic 71VR1
- Înregistrator KR 3000
- Înregistrator PC seria R1M
- Înregistrator PC seria R2M
- Înregistrator PC, 12 intrări izolate - RZMS
- Înregistrator PC, USB, 12 intrări izolate - RZUS
- Accesați subcategoria
- Accesați subcategoria
-
Cabluri, fire Litz, furtunuri din material plastic, conexiuni flexibile
- Fire
- Fire Litz
-
Cabluri pentru aplicaţii extreme
- Cabluri de extensie şi compensare
- Cabluri de Thermocouple
- Cabluri de conectare pentru senzori PT
- Conductor multiplu cu fire de la temp. -60C la +1400C
- Cabluri de medie tensiune
- Fire de aprindere
- Cabluri de încalzire
- Conductor singur pt. cabluri cu temp. -60C la +450C
- Cabluri pentru calea ferată
- Cabluri de încălzire Ex
- Accesați subcategoria
- Tuburi de protecție
-
Cabluri împletite
- Cabluri plate - împletite
- Cabluri - panglica rotund
- Cabluri - panglică-plat foarte flexibil
- Cabluri panglică-rotund foarte flexibil
- Împletituri de cupru cilindrice
- Împletituri de cupru cilindrice cu protecţie
- Conexiuni flexibile de împământare
- Împletituri cilindrice din oțel galvanizat inoxidabil
- Împletituri de cupru izolate PCV - temperatura până la 85 C
- Împletituri plate din aluminiu
- Set de joncţiune - tuburi și împletituri
- Accesați subcategoria
- Echipamente de tracțiune
- Terminale pentru cablu
- Bare flexibile izolate pentru autobuz
- Bare flexibile multistrat de autobuz
- Sisteme de cablare (PESZLE)
- Furtunuri
- Accesați subcategoria
- Vezi toate categoriile
-
Semiconductori
-
-
- Furnizori
-
Aplicații
- Automatizare HVAC
- Automatizare industriala
- Automatizare industriala
- Componente pentru atmosfere potențial explozive (EX)
- Dispozitive industriale de protecție
- Echipamente pentru dulapuri de distribuție, control și telecomunicații
- Energy bank
- Încălzire prin inducție
- Mașini de sudat și mașini de sudat
- Mașini pentru termoformarea materialelor plastice
- Mașini pentru uscarea și prelucrarea lemnului
- Mașini-unelte CNC
- Măsurarea și reglarea temperaturii
- Măsurarea și reglarea temperaturii
- Minerit, metalurgie și fondare
- Motoare și transformatoare
- Surse de alimentare (UPS) și sisteme de redresare
- Tipărire
- Tracțiune de tramvai și cale ferată
- Unități de curent alternativ și continuu (invertoare)
-
Instalare
-
-
Montaż urządzeń
- Instalarea dulapurilor
- Proiectarea și asamblarea dulapurilor
- Instalarea sistemelor de alimentare
- Componente
- Mașini construite la comandă
- Activitate de cercetare și dezvoltare în cercetare și dezvoltare
-
Testere industriale
- Testere semiconductoare de putere
- Testere aparate electrice
- Testare varistor și a suprasarcinilor
- Tester pentru testarea siguranțelor auto
- Tester Qrr pentru măsurarea încărcăturii tranzitorilor în tiristoare și diode de putere
- Tester cu rotor seria FD
- Testere de audit al dispozitivelor cu curent rezidual
- Tester de calibrare a releului
- Tester de viziune a tijelor cu piston cu arc de gaz
- Conector tiristor de înaltă tensiune
- Tester de rupere a ochiurilor de plasă
- Accesați subcategoria
- Vezi toate categoriile
-
-
-
Inductori
-
-
Modernizacja induktorów
- Repararea inductorilor de ocazie
- Modernizarea inductorilor
-
Producția de noi inductoare
- Întărirea arborilor cotiți
- Întărirea lamelor de ferăstrău
- Elemente de încălzire înainte de lipire
- Întărirea căilor de rulare ale rulmenților butucului roții auto
- Întărirea componentelor transmisiei de acționare
- Întărirea arborilor în trepte
- Încălzirea în articulații de contracție
- Întărirea scanării
- Lipire moale
- Încălzitoare de sârmă
- Accesați subcategoria
- Bază de cunoștințe
- Vezi toate categoriile
-
-
-
Dispozitive de inducție
-
-
Urządzenia indukcyjne
-
Generatoare pentru încălzirea prin inducție
-
Generatoare de încălzire cu inducție Ambrell
- Generatoare: putere 500 W, frecvență 150-400 kHz
- Generatoare: putere 1,2 - 2,4 kW, frecvență 150 - 400 kHz
- Generatoare: putere 4,2 - 10 kW, frecvență 150 - 400 kHz
- Generatoare: putere 10 - 15 kW, frecvență 50 - 150 kHz
- Generatoare: putere 30-45 kW, frecvență 50-150 kHz
- Generatoare: putere 65-135 kW, frecvență 50-150 kHz
- Generatoare: putere 180-270 kW, frecvență 50-150 kHz
- Generatoare: putere 20-35-50 kW, frecvență 15-45 kHz
- Generatoare: putere 75-150 kW, frecvență 15-45 kHz
- Generatoare: putere 200-500 kW, frecvență 15-45 kHz
- Generatoare: putere 20-50 kW, frecvență 5-15 kHz
- Accesați subcategoria
- Generatoare de încălzire cu inducție Denki Kogyo
-
Generatoare de încălzire cu inducție JKZ
- Mașina de încălzire cu inducție cu frecvență înaltă a seriei CX
- Mașină de încălzire cu inducție cu frecvență supersonică Seria SWS
- Mașină de încălzire prin inducție cu frecvență medie seria MFS
- Cuptor de topire cu inducție de frecvență medie
- Generatoare din seria UHT, frecvență: 200-400kHz, putere: 10-160kW
- Accesați subcategoria
- Generatoare de lămpi pentru încălzirea prin inducție
- Generatoare de încălzire cu inducție Himmelwerk
- Accesați subcategoria
-
Generatoare de încălzire cu inducție Ambrell
- Reparații și modernizări
- Periferice
-
Aplicații
- Aplicații medicale
- Aplicații pentru industria auto
- Lipire moale
- Brazare
- Brazare Aluminiu
- Sudura cu scule magnetice din oțel inoxidabil
- Sigilare știfturi
- Brazare într-o atmosferă de protecție
- Lipirea capacelor radiatoarelor din alamă și oțel
- Lipirea carburilor sinterizate
- Lipirea vârfului de cupru și a firului
- Accesați subcategoria
- Bază de cunoștințe
- Vezi toate categoriile
-
Generatoare pentru încălzirea prin inducție
-
-
-
Serviciu
-
-
asd
- Service de răcitoare de apă industriale și aparate de aer condiționat
- Reparatii si modernizari masini
-
Repararea dispozitivelor electronice industriale
- Serviciu de invertoare, servomotori și regulatoare de curent continuu
- Serviciu de invertoare fotovoltaice
- Serviciu de redresoare galvanizate FLEXKRAFT
- Oferta de reparare a echipamentelor
- Lista dispozitivelor reparate
- Repararea mașinilor pentru folii de bancnote
- Reglementări pentru repararea dispozitivelor
- Accesați subcategoria
- Surse de alimentare de înaltă tensiune pentru precipitatorii electrostatici
- Imprimante industriale și etichete
- Certificate / Permisiuni
- Vezi toate categoriile
-
-
- Kontakt
- Zobacz wszystkie kategorie
LV100 - a Dual Power Module for the Next Generation Railway Inverters
LV100 - a Dual Power Module for the Next Generation Railway Inverters
This article is dealing with a new standard dual module package specially developed for High Voltage IGBTs HVIGBTs used in railway applications. The product got the name “LV100” due to its insulation voltage Viso=6kV AC and the package width of 100mm. The derivate power module named “HV100” has higher insulation capability of Viso=10.4kV AC. Both siblings have a footprint of 100mm x 140mm.
By Eugen Stumpf and Eugen Wiesner, MITSUBISHI ELECTRIC Europe, and Kenji Hatori, Hitoshi Uemura and Shinichi Iura, MITSUBISHI ELECTRIC Japan.
The power module topology is half bridge. The main intention for creating such dual power module is reducing the module’s internal stray inductance. In order to minimize the internal voltage spike – one of the bottlenecks for keeping the RBSOA at maximum inverter output current. Each new chip generation shows increased current switching slope di/dt causing higher overvoltage spikes inside the package if the power module’s stray inductance would be kept constant. The issue becomes even more challenging when wide band gap semiconductors are used, because the switching speed can be increased by a factor of ten compared to today’s Si-IGBTs. As first step MITSUBISHI ELECTRIC is going to introduce power modules in LV100 package with Si- and SiC- chips having a blocking voltage capability of 3300V. As second step the LV100 package will be applied to 1700V chips.
General advantages of the new package design
The general motivation for developing of LV100 was strong requirements from European Market for propulsion inverters which were concluded in the deliverables of Roll2Rail community [1]. Besides decreasing the stray inductance the scalability is on focus of requested features. The decrease of stray inductance to 10nH is forced by the continuous increase of switching speed and introduction of wide band gap semiconductor materials. The scalability is a feature simplifying logistic, costs and availability of propulsion inverter.
Mitsubishi Electric uses the possibility of setting new standard traction power module by introducing of superior and proved technologies. The output power corresponded to the output current is going to be increased by introducing of next chip generation and semiconductor materials. One of the bottlenecks for increasing the output power is not related to semiconductor performance, it is about the current handling capability of main terminals [2]. This technology evolution is respected by designing three paralleled AC power terminals in LV100- package instead of two as proposed by other dual module concepts (see Fig.1). The design of auxiliary terminal arrangement satisfies the pollution degree 3 requirements [3]. The height of auxiliary terminals is 5mm in order to use double-layer PCB for gate driver. The chip set used in the Si-based LV100 module is belonging to the X-series [4][15], and corresponds to the latest 7th generation Si-chip technology. The chip set used in the SiC-based LV100 module was already proved in the field operation test, in the famous Japanese high speed train Shinkansen [5]. The chips uses SCC technology for further decreasing the humidity impact on reliability [6]. The innovative baseplate design is focusing on increasing the life time expectation and reducing thermal stress on semiconductors [7].
Figure 1: The housing of LV100 power module
Baseplate
Special attention was paid on innovation provided by advanced baseplate. For the first time the material of baseplate will be not based on metal matrix composite AlSiC, the used standard material today for railway application. Mitsubishi Electric is going to introduce Al with following advantages vs. AlSiC. The advantage of Al is thermal resistance which is lower vs. AlSiC [8, 9]. Additionally the weight of Al baseplate is lower forwarding the advantages to the railway equipment, increasing indirectly energy efficiency.
Historically Mitsubishi Electric uses AlN as insulating ceramic layer in power modules. This material provides 7 times higher thermal conductivity compared to the second popular insulation material Al2O3. The using of Al was inhibited in the past by mismatching of thermal expansion coefficients CET. Due to this mismatch the solder layer between baseplate and ceramic insulator is stressed under cyclic load conditions and limits the lifetime of power module. In LV100 this bottle neck, the solder between ceramic and baseplate, is completely eliminated by newly available Metal Casting direct Bonding MCB technology [7]. The thermal stability of Al baseplate is additionally supported by AlN strips implemented into the baseplate. This proven technology was applied for the first time to high power semiconductor modules about 7 years ago, when Mitsubishi Electric started the manufacturing of Mega Power Dual Modules CM1800DY-34S and CM2500DY-24S. Besides the drastically increased thermal cycling capability the elimination of substrate solder layer provides the additional effect of reduced thermal resistance Rth(j-c) by approximately 25%.
In high power modules with conventionally soldered ceramic substrates the reachable power chip density is limited by the insulation material geometry. The new MCB baseplate structure is removing this limitation and allows to enlarge the insulation surface and to optimize the chips location.
Finally MCB and Al material allow an improved baseplate flatness control. The baseplate flatness is reduced to 33um which contributes to the reducing of thermal grease thickness. The total advantage of improved baseplate results in a reduced contact thermal resistance between baseplate and heat sink by 30% [7].
As summary the advanced baseplate reduces the weight, increases the output power and increases the life time capability of LV100 power module.
X-Series chip set
The X-series chip set was developed by Mitsubishi Electric in order to satisfy the current and future market requirements for high efficiency, high junction and operation temperatures, increased rated current, increased RBSOA, RRSOA, SCSOA and improved robustness against humidity.
The efficiency is increased by introduction of trench-gate structure.
Figure 2: The MCB baseplate with flatness reduced to 33um
Figure 3: Improved baseplate results in a reduced contact thermal resistance
The increasing of operation temperature is achieved by optimization of N buffer layer and by gettering [4]. With these methods the leakage current at Tj=150°C is low and does not exceed the values that the previous chip generation was showing at Tj=125°C. The implemented chip structure is given in Figure 4. The additional effect of advanced gettering process is significantly increasing of cosmic ray withstand capability [10]. The Long Term DC Stability LTDS affected by cosmic ray becomes nowadays one of the key criteria for selecting the appropriate power semiconductor for railway applications. Special engineering focus was done on humidity resistance due to increased awareness of Roll2Rail and power electronics communities on reliability impact of environmental conditions [11][14]. The introduced Surface Charge Control SCC technology prevents formation and polarization of outer surface charges QSS [6] that may disturb the electrical field distribution in the chip’s guard ring area.
Figure 4: Chip structure
Switching Performance
The standard switching tests of CM450DA-66X are performed under consideration of rated values and two different junction temperatures. The results are shown in figures 8 and 9. The contribution of low stray inductance is visible. The di/dt and dv/dt values are indicated in order to estimate the EMC level. The well balanced triangle trade-off between switching loss, static loss and short circuit robustness of new X-series IGBT-chip was described already in the December 2016 edition of this journal [12].
Figure 5: Motor acceleration mode with power factor 0.9
Figure 6: Braking mode with negative power factor of -0.9
Performance under different application conditions
The performance of CM450DA-66X, the Si based LV100 power module 450A/3300V is presented in figures 5 and6. The X-axis represents the inverter output AC current, the Y-axis represents the PWM switching frequency. The power loss of the module is assumed to be Pv=750W, the value is comfortable for air forced cooling. For liquid cooling systems the above loss figure can be simply doubled. Figure 5 shows the motor acceleration mode with power factor 0.9 and figure 6 shows the braking mode with negative power factor of -0.9. The figures shows similar output power capability in both operation modes which corresponds to the modern railway requirements to acceleration or regenerative energy. The using of braking regenerative energy helps to reduce railway energy consumption. The railway energy saving is one of activities of Mitsubishi Electric keep our tomorrow green [13].
Figure 7: Performance comparison of three types power modules in the same LV100 package
Figure 8: Turn on losses
Figure 9: Turn off losses
Comparison of Si vs SiC
The tribute to the future, to the use of SiC in next generation power electronic systems, is paid in figure 7. This figure shows a performance comparison of three types power modules in the same LV100 package: (1) Si based (2) Si IGBT and SiC diode hybrid (3) SiC based. The comparison is based on the same application conditions: Vcc=1800V; Ic=450A; fc=0.5kHz, PF=0.85. The Full SiC power module allows to reduce power loss of a module by half compared with Si. Or, taking the advantage of having 3 AC terminals in the LV100 package, the inverter output current could be doubled. The SiC power modules contributes to increasing of switching frequency, to reducing of propulsion motor loss, to increase of power density (compactness) of traction inverters, to increasing of total traction efficiency, to decreasing of Energy Consumption Index ECI.
Reference
[1] http://www.roll2rail.eu/
[2] Krafft et al., “A New Standard IGBT Housing for High-Power Converters”. EPE 2015, Geneva, Switzerland
[3] EN50124. “Railway applications Insulation Coordination”. European Standard, April 2006
[4] Tanaka et al., “Durable Design of the New HVIGBT modules”. PCIM 2016, Nuremberg
[5] Mitsubishi Electric Press Release 2942. “Mitsubishi Electric Installs Railcar Traction System with All-SiC Power Modules on Shinkansen Bullet Trains”. June 25, 2015, Tokyo
[6] Honda et al., “High Voltage Device Edge Termination for Wide Temperature Range plus Humidity with Surface Charge Control (SCC) Technology”. Proc. ISPSD 2016, Prague, Czech Republic
[7] Sakai et al., “Power Cycling Time improvement by reducing thermal stress of a new dual HVIGBT module”. EPE 2017, Karlsruhe, 2016
[8] D.D.L Chung. “Materials for Thermal Conductions”. Applied Thermal Engineering 21, pages 1593-1605, 2001
[9] Jiang et al., “Advanced Thermal Management Material”. Chapter 8. Springer, New-York, 2013
[10] Uemura et al., “Optimized Design against Cosmic Ray Failure for HVIGBT Modules”. Proc. PCIM Europe 2011, pages 26-31, Nuremberg, Germany
[11] C. Zorn, N. Kaminski “Temperature Humidity Bias (THB) Testing on IGBT Module at High Bias Levels”, CIPS2014, Germany, ISBN 978-3-8007-3578-5, 2014
[12] Wiesner et al., “Line Up Expansion of X-Series High Voltage IGBT Modules in the 3300V Class”. Bodos Power Systems, December 2016, pages 36-37. bodospower.com
[13] Mitsubishi Electric press release 2732. “Mitsubishi Electric Develops Regenerative Power Optimization Technology for Railway Energy Saving”. February 2013, Tokyo
[14] N. Tanaka, K. Ota, S. Iura, Y. Kusakabe, K. Nakamura, E. Wiesner, E. Thal “Robust HVIGBT module design against high humidity”, PCIM Europe2015, Germany, p. 368-373, 2015
[15] K. Hatori at al., “Wide Temperature Operation of high isolation HVIGBT”. Proc. PCIM Europe 2010, pages 470-475, Nuremberg, Germany
Leave a comment