HV-Multichip-µIPM Halbbrücken-Power-Modul für 3-Phasen-Motoren

Autor / Redakteur: Alberto Guerra * / Gerd Kucera

Miniaturisierung im Fall der neuen HV-Multichip-Lösung µIPM bedeutet ein 8 mm x 9 mm x 0,9 mm kleines PQFN-Gehäuse, das eine vollständige Inverter-Lösung integriert und 60% weniger Platz braucht.

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Bild 1: Nennstrombereich von iMotion-IPMs (maximaler Motor-Effektivstrom bei Nenntemperatur Tc und PWM-Frequenz des IPM).
Bild 1: Nennstrombereich von iMotion-IPMs (maximaler Motor-Effektivstrom bei Nenntemperatur Tc und PWM-Frequenz des IPM).
(Bild: IRF)

Der vorliegende Artikel verdeutlicht, wie das erweiterte Baustein-Portfolio der µIPM-Serie Entwickler in die Lage versetzt, technische Probleme beim Design besserer, energiesparender Anwendungen zu lösen. Am Beispiel wird gezeigt, wie die kürzlich erfolgten Ergänzungen um DiP-µIPM-Bauteile und SiP-IRAM-Gen2- sowie DiP-IRAM-Produkte nebst speziell dazu entwickelten MCE-Controllern zu Lösungen führen, die Motoranwendungen von 30 W bis zu mehreren kW für Haushaltsgeräte und Industrie abdecken. Besondere Beachtung wird der iMotion-Plattform mit ihrer Motion Control Engine (MCE) geschenkt, deren Integrationsgrad und Einfachheit dem letzten Stand der Technik entspricht.

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Voraussetzungen für das erfolgreiche Design

Um bei der entsprechenden Entwicklung erfolgreich zu sein, ist bei den Leistungshalbleitern ein vollständiges Spektrum der Nennströmen notwendig, das sowohl den Forderungen der Haushaltsgeräte und der Industrie entspricht als auch für einen ausgeglichenen Kompromiss zwischen Integration und Flexibilität sorgt. Die intelligenten iMotion-Leistungsmodule erleichtern diese Bestrebungen.

Branchenweit ist die Produktfamilie µIPM von International Rectifiere das erste Beispiel einer Hochvolt-Multichip-Lösung, die auf der Standard-QFN-Gehäusetechnologie basiert. Dieser patentierte alternative Lösungsansatz verwendet die Kupferbahnen der Leiterplatte zur Wärmeabstrahlung vom Modul (Details dazu im Artikelverlauf). Kosteneinsparungen ergeben sich durch ein kleineres Gehäuse-Design sowie in einigen speziellen Anwendungen dadurch, dass der Einsatz eines externen Kühlkörpers vermieden wird.

Wenn das Erreichen einer bestmöglichen Miniaturisierung nicht an erster Stelle steht, bietet das neue DiP-µIPM dieselbe Leistungshalbleiter-Chipsatz-Lösung, wie sie auch mit den µIPM in traditionelleren SOP- und DiP26-Formfaktoren vorhanden ist. Dadurch, dass sie zu anderen Industriestandard-Gehäusen Pin-to-Pin-kompatibel ist und die Leistungsfähigkeit auf über 200 W ausweitet (IGBT-Version), schließt diese neue Ergänzung des µIPM die Lücke zum optimalen Design in elektronische kommutierten Ventilatoren, Kompressoren und Wasserumwälzpumpen.

Bei Anwendungen im Haushaltsbereich, etwa in Waschmaschinen oder Klimaanlagen sowie Heiz- und Kühlgeräten, wurde das Power-Modul IRAM SiP (das Benchmark-Produkt hinsichtlich Robustheit und Performance in diesem Anwendungssegment) um den Baustein Gen2-SiP-IRAM sowie die neuen DiP-IRAM-Familien ausgebaut. Damit besteht eine Wahlmöglichkeit zwischen Systems-in-Package-Lösungen (SiP), die in hohem Maße durch Substrat-basierten Aufbau kundenspezifisch gestaltbaren sind, oder (Lead-Frame-basierte) IPMs in Dual-in-line-Konfiguration. Darüber hinaus stellen die erweiterten IRAM-Produktfamilien optimierte technische Lösungen für bestes Wärmeverhalten und beste Robustheit in modernen Motorantriebsentwicklungen dar.

Die durch die Gen2-SiP-IRAM-Familie gebotenen verbesserten Wärmeleistungen, der gesteigerte Wirkungsgrad der Leistungshalbleiter sowie die insgesamt erhöhte Temperaturbeständigkeit erlauben im Vergleich zu Produkten der Vorgängergeneration eine erhöhte Leistungsdichte sowie eine Reduzierung der Gesamtgehäuseabmessungen. Das Diagramm in Bild 1 (oben auf dieser Seite) zeigt den Nennstrombereich (Effektiv-Motorphasenstrom bei Referenz-Gehäusetemperatur des IPM) der iMotion-IPM-Produktfamilien.

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