Suchen

Power für Motion Control Trends und Power-Lösungen für elektrische Antriebe

| Autor / Redakteur: Osman Çoban * / Gerd Kucera

Dieser Beitrag gibt einen Überblick über den aktuellen Technikstand der Leistungskomponenten von beispielsweise IGBT-Modulen, IPMs und DIP-IPMs für etwa Frequenzumrichter und Wechselrichter.

Firmen zum Thema

Bild 1: Die DC/DC-Wandler-Serien MGJxx von Murata Power Solutions für IGBT-Treiber erreichen mit Basis- und Zusatzisolation eine Isolationsspannung von 5,2 kVDC und entsprechen dem Sicherheitsstandard UL60950. Die Serien bestehen aus jeweils 12 Modellen.
Bild 1: Die DC/DC-Wandler-Serien MGJxx von Murata Power Solutions für IGBT-Treiber erreichen mit Basis- und Zusatzisolation eine Isolationsspannung von 5,2 kVDC und entsprechen dem Sicherheitsstandard UL60950. Die Serien bestehen aus jeweils 12 Modellen.
(Bild: IS-LINE)

Im Bereich der Leistungselektronik für die elektrische Antriebstechnik sind Forderungen nach einer immer weitergehenden Miniaturisierung und Gewichtsreduzierung von Komponenten wie IGBT-Modulen, IPMs (Intelligente Power Module) und DIP-IPMs (Dual Inline Package IPMs) an der Tagesordnung, um weitere Anwendungen zu ermöglichen, bei denen Restriktionen in Sachen Geometrie und Gewicht eine wesentliche Rolle spielen. Dies gilt für Elektro- und Hybridantriebe in Kfz und Lokomotiven ebenso wie für andere Motorsteuerungen, etwa in Klimaanlagen oder Waschmaschinen, in Servoantrieben und USVs, aber z.B. auch in der Aufzugtechnik.

Bildergalerie

Bildergalerie mit 6 Bildern

Technologieführende Hersteller wie Mitsubishi Electric, Murata Power Solutions oder Powersem sind hier stets bemüht, durch innovative Chip-Technologien dem Anwender die bestmögliche Lösung anzubieten. Im Folgenden wird ein Überblick über den aktuellen Stand der Technologie im Bereich von Komponenten für Power-Module sowie für Frequenzumrichter und Wechselrichter gegeben.

IGBT-Module in der 7. Generation

Bei der Ansteuerung von AC-Motoren kommen heute vermehrt IGBT-Module (IGBT = Insulated-Gate Bipolar Transistor) als Leistungsschalter zum Einsatz. Mitsubishi Electric stellt nunmehr bereits die siebte Generation von IGBT-Modulen vor. Im neu entwickelten IGBT-Chip und einer neuen Diode wurden dabei vor allem die statischen und dynamischen Verluste reduziert, was – durch entsprechend kleinere benötigte Kühlkörper – insbesondere der Forderung nach Miniaturisierung und Gewichtsreduzierung entgegenkommt.

Der neue IGBT-Chip basiert auf einer optimierten CSTBT-Technologie (Carrier Stored Trench-Gate Bipolar Transistor). Die Schichtdicke des Chips ist dabei dünner als die vorherige Version mit LPT-Struktur (LPT = Light Punch Through). Im Ergebnis konnten durch die Reduktion der Schichtdicke die statischen und dynamischen Verluste reduziert werden, ohne die Kurzschlussfestigkeit in Gefahr zu bringen.

Gleichzeitig kommt eine neue RFC-Diode (RFC = Relaxed Field of Cathode) zum Einsatz. Diese weist gegenüber der herkömmlichen Diode zwei wesentliche Unterschiede auf: Die RFC-Diode verfügt nicht nur über eine um 20% dünnere Wafer-Schichtdicke als die herkömmliche, sondern außerdem noch über eine einzigartige Struktur auf der Kathodenseite des Chips. Auch hier wird eine Reduzierung der statischen und dynamischen Verluste erzielt, bei gleichzeitiger Vermeidung der von herkömmlichen Dioden bekannten Snap-off- und Oszillations-Phänomene.

Schließlich waren auch bei den Package-Gehäusen deutliche Verbesserungen durch ein neuartiges Isolationsmaterial und eine neue Wärmeabstrahlungsstruktur möglich, wodurch sich eine höhere Chip-Dichte erzielen ließ. Im Endeffekt erreichen die IGBT-Module der siebten Generation eine doppelte Strombelastbarkeit bei gleichen Gehäuseabmessungen und eine Gewichtsreduzierung um bis zu 45% gegenüber herkömmlichen Modulen (z.B. von 580 auf 320 Gramm bei einem 600 A/1200 V-Modul). Die neuen Module sind vorerst für Leistungsbereiche von 75 bis 600 A im Standard-Package und von 100 bis 1000 A im NX-Package für 650 V/1200 V und 1700 V verfügbar. Sie gibt es als lötbare oder auch als Press-Fit-Variante.

(ID:43205424)