Морате бити пријављени да
-
moreX
-
Компоненте
-
-
Category
-
Полупроводници
- диоде
- Тиристори
-
Електро изоловани модули
- Електро изоловани модули | ВИСХАИ (ИР)
- Електро изоловани модули | ИНФИНЕОН (ЕУПЕЦ)
- Електро изоловани модули | Семикрон
- Електро изоловани модули | ПОВЕРЕКС
- Електро изоловани модули | ИКСИС
- Електро изоловани модули | ПОСЕИЦО
- Електро изоловани модули | АББ
- Електро изоловани модули | ТЕЦХСЕМ
- Go to the subcategory
- Мостовни исправљачи
-
Транзистори
- Транзистори | GeneSiC
- SiC MOSFET модули | Mitsubishi
- SiC MOSFET модули | STARPOWER
- АББ СиЦ МОСФЕТ модули
- IGBT модули | MITSUBISHI
- Транзисторски модули | MITSUBISHI
- MOSFET модули | MITSUBISHI
- Транзисторски модули | ABB
- ИГБТ модули | POWEREX
- ИГБТ модули | ИНФИНЕОН (ЕУПЕЦ)
- Silicijum-karbidni poluprovodnički elementi
- Go to the subcategory
- Гате Дриверс
- Блокови напајања
- Go to the subcategory
-
Električni pretvarači
-
Тренутни претварачи | ЛЕМ
- Претварач струје са затвореном повратном кругом (Ц / Л)
- Претварач струје са отвореном повратном кругом (О / Л)
- Претварач струје напајан униполарним напоном
- Претварачи у Ета технологији
- Претварачи струје високе тачности серије ЛФ кк10
- Претварачи струје ЛХ серије
- ХОИС и ХОИЛ - намењени за уградњу директно на проводничку шину
- Тренутни претварачи у СМД технологији из серија ГО-СМЕ и ГО-СМС
- АУТОМОТИВНИ претварачи струје
- Go to the subcategory
- Pretvarači napona
- Прецизни претварачи струје | LEM
- Go to the subcategory
-
Тренутни претварачи | ЛЕМ
-
Пасивне компоненте (кондензатори, отпорници, осигурачи, филтери)
- Otpornici
-
Osigurači
- Minijaturni osigurači za elektronske sisteme serije ABC i AGC
- Cilindrični brzi osigurači
- Osigurači sa odloženim delovanjem GL/GG i AM karakteristika
- Ultra-brzi osigurači
- Brzi osigurači sa britanskim i američkim standardom
- Brzi osigurači sa evropskim standardom
- Vučni osigurači
- Visokonaponski osigurači
- Go to the subcategory
-
Kondenzatori
- Motorni kondenzatori
- Elektrolitski kondenzatori
- Kondenzatori - snubberi
- Energetski kondenzatori
- Kondenzatori za DC kola
- kondenzatori za kompenzaciju snage
- Visokonaponski kondenzatori
- Kondenzatori za indukciono grejanje
- Impulsni kondenzatori
- ДЦ ЛИНК кондензатори
- Кондензатори за АЦ/ДЦ кола
- Go to the subcategory
- EMI filtri
- Superkondenzatori
- Заштита од пренапона
- Go to the subcategory
-
Releji i kontaktori
- Теорија релеја и склопника
- Trofazni poluprovodnički releji
- Трофазни полупроводнички релеји наизменичне струје
- Регулатори, команде и додаци
- Sistemi za meki sart i reverziblni kontaktori
- Elektromehanički releji
- Kontaktori
- Rotacioni prekidači
-
Једнофазни полупроводнички релеји наизменичне струје
- Једнофазни релеји наизменичне струје, 1 серија | Д2425 | Д2450
- Jednofazni poluvodički izmjenični releji CWA i CWD serije
- Jednofazni poluvodički izmjenični releji CMRA i CMRD serije
- Jednofazni poluvodički izmjenični releji - serija PS
- Двоструки и четвороструки полупроводнички релеји наизменичне струје, серије Д24 Д, ТД24 К, Х12Д48 Д.
- Jednofazni poluvodički releji - gn serije
- Jednofazni kružni releji Ckr serije
- Jednofazni AC poluvodički releji za DIN sabirnice - ERDA I ERAA serija
- 150A AC jednofazni releji
- Čvrsti releji s ugrađenim hladnjakom na šini - ENDA, ERDA1 / ERAA1 series
- Go to the subcategory
- Monofazni poluprovodnički releji za štampane ploče
- Интерфејс релеји
- Go to the subcategory
- Indukcione komponenete
- Radijatori, Varistori, Termička zaštita
- Ventilatori
- Klimatizacija, Pribor za industrijska kućišta, Kuleri
-
Батерије, пуњачи, бафер напајања и претварачи
- Батерије, пуњачи - теоријски опис
- Litijum-jonske baterije. Nestandardne baterije. Sistem za upravljanje baterijom (BMS)
- Baterije
- Punjači i dodaci za baterije
- UPS i puferski izvori napajanja
- Pretvarači i dodaci- fotonaponski
- Складиште енергије
- Гориве ћелије
- Литијум-јонске батерије
- Go to the subcategory
-
Automatika
- Futaba Drone Parts
- Крајњи прекидачи, микро прекидачи
- Сензори, претварачи
- Пирометрија
- Бројачи, тајмери, панел мерачи
- Индустријски заштитни уређаји
- Светлосна и звучна сигнализација
- Термовизијска камера
- ЛЕД дисплеји
- Тастери и прекидачи
-
Снимачи
- Снимач АЛ3000
- КР2000 снимач
- Снимач КР5000
- ХН-ЦХ мерач са функцијом регистрације влажности и температуре
- Потрошни материјал за снимаче
- 71ВР1 снимач
- Снимач КР 3000
- ПЦ снимачи серије Р1М
- ПЦ снимачи серије Р2М
- ПЦ снимач, 12 изолованих улаза - РЗМС-У9
- ПЦ снимач, УСБ, 12 изолованих улаза - РЗУС
- Go to the subcategory
- Go to the subcategory
-
Kablovi, Licnaste žice, Kablovski kanali, Fleksibilne veze
- жице
- лицнастим жице
- Каблови за специјалне намене
- схиртс
-
плетенице
- браидс флат
- плетенице коло
- Врло флексибилан плетеница - стан
- Врло флексибилан плетеница - коло
- Бакар плетена цилиндрични
- Бакра плетеница штит и цилиндрични
- Флексибилни уземљење траке
- Плетенице ЦИЛИНДРИЦАЛ поцинковани и нерђајућег челика
- ПВЦ изолацијом бакарне плетенице - Температура 85 ° Ц
- Стан плетени алуминијум
- Цоннецтион Кит - плетенице и цеви
- Go to the subcategory
- Прибор за вучу
- папучица
- Флексибилни исолатед сабирнице
- Вишеслојна флексибилан шина
- системи за управљање кабл
- Водове, цеви
- Go to the subcategory
- View all categories
-
Полупроводници
-
-
- Suppliers
-
Applications
- Automatika industrijska
- CNC alatni strojevi
- DC i izmjenični pogoni (pretvarači)
- Energy bank
- Indukciono grejanje
- Industrijski zaštitni uređaji
- Istraživanje i laboratorijska merenja
- Mašine za sušenje i obradu drveta
- Mašine za termoformiranje
- Merenje i regulacija temperature
- Motori i transformatori
- Oprema i dijelovi za opasna područja (EX)
- Oprema za centrale, kontrolne ormare i telekomunikacije
- Poligrafija
- Rudarstvo, metalurgija i livnica
- Tramvajska i železnička vuča
- UPS i ispravljački sistemi
- Апарати за заваривање и апарати за заваривање
- Индустријска аутоматизација
- ХВАЦ аутоматизација
-
Инсталација
-
-
Montaż urządzeń
- Instalacija kabineta
- Дизајн и монтажа ормара
- Инсталација електроенергетских система
- Саставни део
- Машине направљене по наруџбини
- Р&Д истраживачко-развојни рад
-
Industrijski testeri
- Ispitivači poluprovodnika snage
- Ispitivači električnih uređaja
- Ispitivači odvodnika i prenaponskih odvodnika
- Tester za ispitivanje automobilskih osigurača
- Qrr tester za mjerenje prolaznog naboja u tiristorima i snaga diodama
- Ispitivač sklopa serije FD
- Ispitajte ispitivanje uređaja za rezidualnu struju
- Ispitivač kalibracije releja
- Ispitivač vizija klipnih šipki za plinske opruge
- Priključak za tiristor visokog napona
- Тестер за ломљење мреже
- Go to the subcategory
- View all categories
-
-
-
Индуктори
-
-
Modernizacja induktorów
- Поправка коришћених пригушница
- Модернизација пригушница
-
Производња нових пригушница
- Каљење радилица
- Стврдњавање зуба трачне тестере
- Загревање елемената пре лепљења
- Учвршћивање тркаћих стаза лежајева главчине точкова аутомобила
- Стврдњавање компонената погонског мењача
- Каљење степенастих вратила
- Грејање у контракционим зглобовима
- Стврдњавање скенирањем
- Меко лемљење
- Грејачи гредица
- Go to the subcategory
- База знања
- View all categories
-
-
-
Индукциони уређаји
-
-
Urządzenia indukcyjne
-
Генератори за индукционо грејање
-
Ambrell индукциони генератори грејања
- Генератори: cнага од 500 В, фреквенција 150-400 кХз
- Генератори: Снага 1,2 - 2,4 кВ, фреквенција 150 - 400 кХз
- Генератори: cнага 4,2 - 10 кВ, фреквенција 150 - 400 кХз
- Генератори: cнага 10 - 15 кВ, фреквенција 50 - 150 кХз
- Генератори: cнага 30-45 кВ, фреквенција 50-150 кХз
- Генератори: cнага 65-135 кВ, фреквенција 50-150 кХз
- Генератори: cнага 180-270 кВ, фреквенција 50-150 кХз
- Генератори: cнага 20-35-50 кВ, фреквенција 15-45 кХз
- Генератори: cнага 75-150 кВ, фреквенција 15-45 кХз
- Генератори: cнага 200-500 кВ, фреквенција 15-45 кХз
- Генератори: cнага 20-50 кВ, фреквенција 5-15 кХз
- Go to the subcategory
- Denki Kogyo индукциони генератори грејања
-
ЈКZ индукциони генератори грејања
- Генератори серије ЦКС, фреквенција: 50-120кХз, снага: 5-25кВ
- Генератори СВС серије, фреквенција: 15-30кХз, снага: 25-260кВ
- Генератори (пећи) за обликовање и ковање МФС серије, фреквенција: 0,5-10кХз, снага: 80-500кВ
- МФС пећи за топљење, фреквенција: 0,5-10кХз, снага: 70-200кВ
- Генератори UHT серије, фреквенција: 200-400кХз, снага: 10-160кВ
- Go to the subcategory
- Генератори лампи за индукционо грејање
- Индукциони генератори грејања Himmelwerk
- Go to the subcategory
-
Ambrell индукциони генератори грејања
- Поправке и модернизација
- Периферне јединице
-
Апликације
- Медицинске примене
- Primjene za automobilsku industriju
- Меко лемљење
- Лемљење
- Лемљење алуминијума
- Lepljenje magnetskog alata od nehrđajućeg čelika
- Прецизно лемљење
- Тврдо лемљење у заштитној атмосфери
- Лемљење месинганих и челичних чепова хладњака
- Лемљење синтерованих карбида
- Lemljenje bakarnog vrha i žice
- Go to the subcategory
- База знања
- View all categories
-
Генератори за индукционо грејање
-
-
-
Услуга
-
-
asd
- Сервис индустријских хладњака за воду и клима уређаја
- Поправке и модернизација машина
- Popravci uređaja za energetsku elektroniku, elektronike i industrijske automatizacije
- Високонапонски извори напајања за електрофилтере
- Industrijski štampači i uređaji za etiketiranje
- Potvrde / dozvole
- View all categories
-
-
- 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