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
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