-
вернутьсяX
-
Компоненты
-
-
Category
-
Полупроводниковые приборы
- Диоды
- Тиристоры
-
Электро-изолированные модули
- Электроизолированные модули | ВИШАЙ (ИК)
- Электроизолированные модули | INFINEON (EUPEC)
- Электроизолированные модули | Семикрон
- Электроизолированные модули | POWEREX
- Электроизолированные модули | IXYS
- Электроизолированные модули | ПОЗЕЙКО
- Электроизолированные модули | ABB
- Электроизолированные модули | TECHSEM
- Перейти в подкатегорию
- Выпрямительные мостики
-
Транзисторы
- Транзисторы | GeneSiC
- Модули SiC MOSFET | Mitsubishi
- Модули SiC MOSFET | STARPOWER
- Модули ABB SiC MOSFET
- Модули IGBT | МИЦУБИСИ
- Транзисторные модули | MITSUBISHI
- Модули MOSFET | МИЦУБИСИ
- Транзисторные модули | ABB
- Модули IGBT | POWEREX
- Модули IGBT | INFINEON (EUPEC)
- Полупроводниковые элементы из карбида кремния (SiC)
- Перейти в подкатегорию
- Драйвера
- Блоки мощности
- Перейти в подкатегорию
-
Электрические преобразователи
-
Преобразователи тока / датчики тока ф. LEM
- Преобразователи тока с замкнутой петлей обратной связи (C/L) ф. LEM
- Преобразователи тока с открытой петлей обратной связи (O/L) ф. LEM
- Преобразователи тока с униполярным питанием ф. LEM
- Преобразователи в технологии Eta ф. LEM
- Датчики тока высокой точностью серии LF xx10
- Датчики тока серии LH
- HOYS i HOYL – предназначен для монтажа непосредственно на токопроводящей шине
- Преобразователи тока в технологии SMD, серии GO-SME и GO-SMS
- АВТОМОБИЛЬНЫЕ преобразователи тока
- Перейти в подкатегорию
-
Преобразователи напряжения | LEM
- Преобразователи напряжения серии LV
- Преобразователи напряжения серии DVL
- Прецизионные преобразователи напряжения с двойным магнитным сердечником серии CV
- Тяговый преобразователь напряжения DV 4200/SP4
- Преобразователи напряжения серии DVM
- Преобразователь напряжения DVC 1000-P
- Преобразователь напряжения DVC 1000
- Перейти в подкатегорию
- Прецизионные датчики тока
- Перейти в подкатегорию
-
Преобразователи тока / датчики тока ф. LEM
-
Пассивные компоненты (конденсаторы, резисторы, предохранители, фильтры)
- Резисторы
-
Предохранители
- Миниатюрные предохранители для электронных плат серии ABC и AGC
- Быстрые трубчатые предохранители
- Медленные вставки с характеристиками GL/GG и AM
- Ультрабыстрые плавкие вставки
- Быстрые предохранители английский и американский стандарт
- Быстрые предохранители европейский стандарт
- Тяговые предохранители
- Высоковольтные предохранительные вставки
- Перейти в подкатегорию
-
Конденсаторы
- Конденсаторы для электромоторов
- Электролитические конденсаторы
- Конденсаторы типа snubbers
- Конденсаторы мощности
- Конденсаторы для цепей DC
- Конденсаторы для компенсации пассивной мощности
- Высоковольтные конденсаторы
- Конденсаторы большой мощности для индукционного нагрева
- Импульсные конденсаторы
- Конденсаторы звена постоянного тока
- Конденсаторы для цепей переменного/постоянного тока
- Перейти в подкатегорию
- Противопомеховые фильтры
- Ионисторы
-
Защита от перенапряжения
- Ограничители перенапряжения для приложений RF
- Ограничители перенапряжения для систем технического зрения
- Ограничители перенапряжения для линий электропередач
- Ограничители перенапряжения для светодиодов
- Ограничители перенапряжения для фотовольтаики
- Ограничители перенапряжения для систем взвешивания
- Ограничители перенапряжения для Fieldbus
- Перейти в подкатегорию
- Перейти в подкатегорию
-
Реле и контакторы
- Теория реле и контакторы
- Полупроводниковые реле AC 3-фазные
- Полупроводниковые реле DC
- Контроллеры, системы управления и аксессуары
- Системы плавного пуска и реверсивные контакторы
- Электро-механические реле
- Контакторы
- Оборотные переключатели
-
Полупроводниковые реле AC 1-фазные
- РЕЛЕ AC 1-ФАЗНЫЕ СЕРИИ 1 D2425 | D2450
- Однофазное реле AC серии CWA и CWD
- Однофазное реле AC серии CMRA и CMRD
- Однофазное реле AC серии PS
- Реле AC двойное и четверное серии D24 D, TD24 Q, H12D48 D
- Однофазные твердотельные реле серии gn
- Однофазные полупроводниковые реле переменного тока серии ckr
- Однофазные реле переменного тока ERDA И ERAA SERIES для DIN-рейки
- Однофазные реле переменного тока на ток 150А
- Двойные твердотельные реле, интегрированные с радиатором для DIN-рейки
- Перейти в подкатегорию
- Полупроводниковые реле AC 1-фазные для печати
- Интерфейсные реле
- Перейти в подкатегорию
- Индукционные компоненты
- Радиаторы, варисторы, термическая защита
- Вентиляторы
- Кондиционеры, оборудование для шкафов, охладители
-
Аккумуляторы, зарядные устройства, буферные источники питания и инверторы
- Аккумуляторы, зарядные устройства - теоретическое описание
- Модульные литий-ионные аккумуляторы, пользовательские батареи, Система управления батареями (BMS)
- Аккумуляторы
- Зарядные устройства и аксессуары
- Резервный источник питания ИБП и буферные источники питания
- Преобразователи и аксессуары для фотовольтаики
- Хранилище энергии
- Топливные элементы
- Литий-ионные аккумуляторы
- Перейти в подкатегорию
-
Автоматика
- Futaba Drone Parts
- Концевые выключатели, Микровыключатели
- Датчики Преобразователи
- Пирометры
- Счетчики, Реле времени, Панельные измерительные приборы
- Промышленные защитные устройства
- Световые и звуковые сигнальные установки
- Термокамеры, Тепловизоры
- LED-экраны
- Управляющая аппаратура
-
Регистраторы
- Регистраторы температуры с записью на ленту и с цифровым показателем - AL3000ym - AL3000
- Микропроцесорные регистраторы с экраном LCD серия KR2000
- Регистратор KR5000
- Измеритель с функцией регистрации влажности и температуры HN-CH
- Эксплуатационные материалы для регистраторов
- Компактный графический регистратор 71VR1
- Регистратор KR 3000
- Регистратор PC серии R1M
- Регистратор PC серии R2M
- Регистратор PC, USB, 12 изолированных входов – RZMS
- Регистратор PC, USB, 12 изолированных входов – RZUS
- Перейти в подкатегорию
- Перейти в подкатегорию
-
Провода, литцендрат, гофрированные рукава, гибкие соединения
- Провода
- Многожильные провода (Lica)
-
Кабели и провода для специальных применений
- Удлинительные и компенсационные провода
- Провода для термопар
- Присоединительные провода для датчиков PT
- Многожильные провода темп. от -60C до +1400C
- Провода среднего напряжения
- Провода зажигания
- Нагревательные провода
- Одножильные провода темп. от -60C до +450C
- Железнодородные провода
- Нагревательные провода в Ex
- Перейти в подкатегорию
- Оболочки
-
Плетеные кабели
- Плоские плетеные кабели
- Круглые плетеные кабели
- Очень гибкие плетеные кабели - плоские
- Очень гибкие плетеные кабели - круглые
- Медные цилиндрические плетеные кабели
- Медные цилиндрические плетеные кабели и кожуха
- Гибкие заземляющие ленты
- Цилиндрические плетеные провода из луженой и нержавеющей стали
- Медные изолированные плетеные провода PCV - температура до 85 градусов C
- Плоские алюминиевые плетеные провода
- Соединительный набор - плетеные провода и трубки
- Перейти в подкатегорию
- Аксессуары для тяги
- Кабельные наконечники
- Изолированные эластичные шины
- Многослойные гибкие шины
- Системы прокладки кабеля (PESZLE)
- Трубы
- Перейти в подкатегорию
- Просмотреть все категории
-
Полупроводниковые приборы
-
-
- Поставщики
-
Программы
- Energy bank
- Автоматика HVAC
- Горное дело, металлургия и литейное дело
- Двигатели и трансформаторы
- Измерение и регулирование температуры
- Измерение и регулирование температуры
- Индукционный нагрев
- Индустриальная автоматизация
- Источники питания (ИБП) и выпрямительные системы
- Компоненты для потенциально взрывоопасных сред (EX)
- Машины для сушки и обработки древесины
- Машины для термоформования пластмасс
- Оборудование для распределительных, контрольных и телекоммуникационных шкафов
- Печать
- Приводы переменного и постоянного тока (инверторы)
- Промышленная автоматика
- Промышленные защитные устройства
- Сварочные аппараты и сварочные аппараты
- Станки с ЧПУ
- Трамвай и ж / д тяга
-
Монтаж
-
-
Montaż urządzeń
- Монтаж шкафов
- Дизайн и сборка шкафов
- Монтаж энергосистем
- Компоненты
-
Машины на заказ
- Автоматизированная индустрия
- Фармацевтическая индустрия
- Целлюлозно-бумажная промышленность
- Пищевая промышленность и напитки
- Горнодобывающая промышленность
- Химическая и нефтехимическая промышленность
- Литейная промышленность
- Деревообработка и деревообрабатывающая промышленность
- Промышленная очистка воды
- Перейти в подкатегорию
- НИОКР, научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы
-
Промышленные тестеры
- Тестеры силовых полупроводников
- Тестеры электрооборудования
- Тестеры варисторов и ОПН
- Автомобильный тестер предохранителей
- Qrr тестер для измерения переходных зарядов в тиристорах и силовых диодах
- Тестер ротора выключателей серии FD
- Аудит-тестер устройств защитного отключения
- Тестер калибровки реле
- Тестер визуальных испытаний поршневых штоков газовых рессор
- Сильноточный тиристорный переключатель
- Тестер на разрыв сетки
- Перейти в подкатегорию
- Просмотреть все категории
-
-
-
Индукторы
-
-
Modernizacja induktorów
- Ремонт бывших в употреблении индукторов
- Модернизация индукторов
-
Производство новых индукторов
- Закалка коленчатых валов
- Закалка зубьев ленточной пилы
- Нагрев элементов перед наклеиванием
- Упрочнение дорожек качения подшипников ступиц автомобильных колес
- Упрочнение компонентов трансмиссии привода
- Закалка ступенчатых валов
- Нагрев усадочных швов
- Сканирующая закалка
- Мягкая пайка
- Нагреватели заготовок
- Перейти в подкатегорию
- База знаний
- Просмотреть все категории
-
-
-
Индукционные устройства
-
-
Urządzenia indukcyjne
-
Генераторы для индукционного нагрева
-
Генераторы индукционного нагрева Ambrell
- Генераторы: mощность 500 Вт, частота 150-400 кГц
- Генераторы: мощность 1,2 - 2,4 кВт, частота 150 - 400 кГц
- Генераторы: mощность 4,2 - 10 кВт, частота 150 - 400 кГц
- Генераторы: mощность 10-15 кВт, частота 50-150 кГц
- Генераторы: mощность 30-45 кВт, частота 50-150 кГц
- Генераторы: mощность 65-135 кВт, частота 50-150 кГц
- Генераторы: mощность 180-270 кВт, частота 50-150 кГц
- Генераторы: mощность 20-35-50 кВт, частота 15-45 кГц
- Генераторы: mощность 75-150 кВт, частота 15-45 кГц
- Генераторы: mощность 200-500 кВт, частота 15-45 кГц
- Генераторы: mощность 20-50 кВт, частота 5-15 кГц
- Перейти в подкатегорию
- Генераторы индукционного нагрева Denki Kogyo
-
Генераторы индукционного нагрева JKZ
- Генераторы серии CX, частота: 50-120 кГц, мощность: 5-25 кВт
- Генераторы серии SWS, частота: 15-30 кГц, мощность: 25-260 кВт
- Генераторы (печи) для штамповки и ковки серии MFS, частота: 0,5-10кГц, мощность: 80-500кВт.
- Плавильные печи MFS, частота: 0,5-10 кГц, мощность: 70-200 кВт
- Генераторы серии UHT, частота: 200-400кГц, мощность: 10-160кВт
- Перейти в подкатегорию
- Генераторы ламп для индукционного нагрева
- Генераторы индукционного нагрева Himmelwerk
- Перейти в подкатегорию
-
Генераторы индукционного нагрева Ambrell
- Ремонт и модернизация
- Периферийные устройства
-
Приложения
- Медицинские приложения
- Приложения для автомобильной промышленности
- Мягкая пайка
- Пайка
- Пайка алюминия
- Пайка магнитных инструментов из нержавеющей стали
- Прецизионная пайка
- Пайка в защитной атмосфере
- Пайка латунных и стальных теплоотводящих колпачков
- Пайка спеченных карбидов
- Пайка медного наконечника и проволоки
- Перейти в подкатегорию
- База знаний
- Просмотреть все категории
-
Генераторы для индукционного нагрева
-
-
-
Услуга
-
-
asd
- Сервис промышленных водоохладителей и кондиционеров
- Ремонт и модернизация машин
- Ремонт и обслуживание силовой электроники, электроники и устройств промышленной автоматики
- Источники питания высокого напряжения для электрофильтров
- Промышленные принтеры и этикеточные машины
- Certyfikaty / uprawnienia
- Просмотреть все категории
-
-
- Контакт
- 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
Оставить комментарий