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FUJI-富士电机 第2代小容量IPM650V/50A、75A的系列化

供稿:FUJI-富士电机(中国)无限公司 2019/9/29 16:50:10

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    关键字: 富士电机 半导体
    产品分类: 工控元器件 半导体器件
    品牌: 富士电机
    产品简介:
    近年来,在地球情况成绩中,为了应对温室气体排放规定,以节俭动力和节俭资本为目标的小型化请求赓续加强。

    近年来,在地球情况成绩中,为了应对温室气体排放规定,以节俭动力和节俭资本为目标的小型化请求赓续加强。富士电机推出了集成变频器电路构成所须要的功率器件及控制IC的第2代小容量IPM650V/50A、75A系列产品。本产品采取了“X系列”IGBT芯片技巧,比拟以往产品完成了更低消耗,同时采取了高耐热封装技巧,将最大年夜任务温度进步到了150℃。由此进步了设备的节能性,完成了更大年夜的输入电流和框体的小型化。


    / 产品概要 /


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    图1 产品外不雅


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    表1 产品的重要特点


    图1是产品的外不雅,表1是产品的重要特点。外形尺寸为79.0×31.0×7.8(mm),采取双列直插构造,绝缘性符合UL1577标准。规格为650V/50A、75A,每种电流规格下根据有没有过热保护功能又各包含2种型号。


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    图2 外部等效电路


    图2是2G-IPM的外部电路构造。2G-IPM是由6对低消耗IGBT和高速FWD构成的三相变频电路。下臂IGBT是自带电流检测的IGBT(电流检测IGBT:为了完成过电流保护,内置了主电路电流检测功能的IGBT)驱动电路搭载了1块驱动下臂IGBT的LVIC芯片,和3块驱动上臂IGBT的HVIC芯片。别的还搭载了3块BSD芯片,经过过程连接三个外接电容器可构成上臂驱动电源。是以,不须要外接绝缘电源,节俭了装置基板的空间。


    / 产品设计 /


    ▋器件设计

    1.IGBT设计


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    图3 IGBT芯片截面构造图的比较


    图3是第1代小容量IPM(1G-IPM)用的IGBT芯片和2G-IPM用的IGBT芯片的截面构造比较。用于2G-IPM的IGBT芯片,是以X系列IGBT的薄晶圆和微细化技巧为基本。同一芯片上除流过主电流的部分以外,还集成了用于检测主电流的分流部分,以完成更好的过流保护。


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    图4 VCE(sat) - Eoff均衡特点


    图4是IGBT导通电压VCE(sat) - 关段消耗Eoff的均衡特点。本产品对漂移层的电阻率、厚度、电场终止(FS)层的属性及外面通道密度停止了优化,比拟1G-IPM用IGBT芯片改良了Vce(sat),Eoff消耗降低了约56%。


    2.FWD设计


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    图5 dvr/dt-Err均衡特点


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    图6 反向恢来电压的FFT解析成果


    FWD芯片的重要课题,普通是对产生搅扰的反向恢复dvr/dt-Err的均衡特点,图5是dvr/dt-Err的均衡性,图6是用于1G-IPM和2G-IPM的FWD芯片在反向恢复时电压波形的FFT解析成果的比较。本次采取的FWD以X系列的FWD芯片技巧为基本,对阳极分散属性及寿命控制停止了优化,并经过过程软恢复特点,对均衡性停止了改良。经过过程以上改良,相关于1G-IPM。Err降低约55%,dvr/dt克制了约15%,搅扰估计可以降低10dbB阁下。


    ▋封装设计


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    图7 封装构造的截面图


    图7是封装构造的截面图。封装与今朝正在量产的2G-IPM雷同。经过过程该种构造,在绝缘层应用了含树脂的铝绝缘基板,是以包管了和密封树脂之间的高粘合度。别的,1G-IPM中芯片发热会经过绑定线传至引脚,是以存在引脚温度高的成绩,经过过程采取使封装外部绑定线的发热散热到铝绝缘基板的构造,降低了引脚温度的上升。


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    表2 靠得住性测试成果(重要项目)


    表2是重要的靠得住性测试成果。额外650V/50A、75A的2G-IPM,为了包管和以往雷同的靠得住性,经过过程增大年夜铝绑定线的直径,增厚铜箔等,克制了随着许可电流增大年夜产生的发热,同时对组装工艺停止了优化,降低了随着封装大年夜型化而产生的外部应力。




    ▋保护功能设计


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    图8 过电流保护电路


    图8是过电流保护电路。在本次开辟的2G-IPM中,作为完成过电流保护、短路保护手段,除有和1G-IPM一样、图8(b)所示的外部分流电阻方法以外,还增长了图8(a)所示的经过过程采样电阻Rs对IPM内置电流检测IGBT中流过的电流停止检测的方法。在应用电流检测IGBT与Rs检测的办法中,由于可以增添分流电阻的个数,是以可降低体系本钱和节俭装置基板的空间。


    / 2G-IPM的后果 /


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    图9 应用额外规格为650V/50A的2G-IPM、6马力PAC假想中心负载时消耗的预算成果


    图9是针对相当于6马力的商用空调(PAC),其处于中心负载时对变频器消耗停止的预算成果。本次开辟的2G-IPM,和1G-IPM比拟消耗降低了约32%,有望完成APF的进步。


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    图10 应用额外规格为650V/50A的2G-IPM、6马力PAC假想最大年夜负载时消耗的预算成果


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    图11 应用额外规格为650V/50A的2G-IPM、6马力PAC最大年夜负载时温度上升的预算成果


    图10该型号设备在最大年夜负载时对变频器消耗的预算成果,图11是此时温度上升的成果。在最大年夜负载条件下,与1G-IPM比拟消耗降低了约27%。并且温度上升降低了约20℃。另外,将任务包管温度范围进步25℃,还有助于增长输入电流、完成框体的小型化。


    以上对第2代小容量IPM650V/50A、75A的系列化停止了解释。往后,大年夜型空调、工业用变频器和伺服体系的需求将赓续扩大年夜,本产品就是满足这些需求的产品之一,将来还会推敲将该系列扩大年夜到1200V。


    富士电机往后也会将完成体系全体节能作为任务,开辟完成进一步差别化的产品。


    文献来源:岡山 健一等.专辑:有助于动力管理的功率半导体.富士电机技巧期刊2019,Vol.C11 NO.1,P14~P17.


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    更多内容请拜访 FUJI-富士电机(中国)无限公司(http://c.gongkong.com/?cid=1681)

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