eng
Стремление к миниатюризации даже самых сложных и ответственных узлов силового оборудования смещает интерес компаний-производителей в область новых возможностей корпусирования.
В последнее время стала популярна технология литьевого прессования, при которой медная рама выполняет функции как проводника, так и радиатора. Кроме того, эта технология позволяет отказаться от предварительного корпусирования кристаллов IGBT и драйверов. Расскажем о новинках компании Mitsubishi Electric, выполненных по последним технологиям.
В последнее время стала популярна технология литьевого прессования, при которой медная рама выполняет функции как проводника, так и радиатора. Кроме того, эта технология позволяет отказаться от предварительного корпусирования кристаллов IGBT и драйверов. Расскажем о новинках компании Mitsubishi Electric, выполненных по последним технологиям.
Новый IGBT-модуль на напряжение 1700 В
Новые модули серии А (рис.1), рассчитанные на рабочее напряжение 1700 В, – эффективное и недорогое решение для систем управления электродвигателями, блоков бесперебойного питания, сварочных аппаратов и сервоприводов.
В модулях совмещены новаторские достижения фирмы: технология изготовления кристалла пятого поколения CSTBT
(Carrier Stored Trench Bipolar Transistor – биполярный транзистор с накоплением носителей заряда и затвором-канавкой) объединена с LPT-технологией изготовления пластины (Light Punch Through – эпитаксиальная структура, выполненная по технологии "легкого" прокола базы). Результатом стало создание модуля с низким напряжением насыщения (2,2 В при номинальном токе коллектора и температуре перехода 125°С), малыми потерями на переключение и высокой стойкостью к току короткого замыкания. В корпусе модуля размещены два IGBT.
Новые IGBT-модули имеют низкую индуктивность выводов (рис.2). По сравнению с аналогичными 1700-В модулями, представленными на рынке силовых модулей, изолирующая AlN-подложка имеет малое термосопротивление. Благодаря контролируемой при производстве толщине припоя между основной и AlN-подложкой (рис.3) модули новой серии отличаются улучшенными параметрами термоциклирования. И, наконец, в результате применения новой технологии крепления кристалла увеличена мощность модулей.
Модули серии А на 1700 В дополняют линейку IGBT-модулей прежней серии, рассчитанной на максимальное напряжение 1200 В, и предназначены для оборудования с линейным напряжением 575 и 690 В. Номинальная токовая нагрузка новых модулей – от 75 до 400 А (табл.1).
Модули соответствуют требованиям RoHS (не содержат свинца).
Однокристальный инвертор в корпусе для поверхностного монтажа
Еще одна новинка компании Mitsubishi – однокристальный инвертор M81500FP мощностью 90 Вт, предназначенный для управления бесколлекторными электродвигателями. До сих пор производители стиральных машин, компрессоров или насосов – бытовой техники с электроприводом небольшой мощности – воздерживались от применения электронного управления двигателями из-за больших габаритов электронных модулей и их высокой цены. Теперь, используя M81500FP, разработчики могут значительно сократить стоимость и мощность, потребляемую бытовой аппаратурой. Кроме того, техника сможет работать тише.
Новый инвертор нормирован на 500 В/1 А. В его небольшом корпусе (рис.4) объединены схемы управления, питания и защиты. Силовые цепи реализованы на n-канальных IGBT с горизонтальной структурой по 1,3-мкм технологии SOI (Silicon On Insulator – кремний на изоляторе). Схема управления построена по 24-В КМОП-технологии.
Инвертор имеет защиту от низкого напряжения, блокировки, короткого замыкания и повышенной рабочей температуры. При этом защита от короткого замыкания способна отключить питание схемы за 1 мкс.
Для создания готового модуля управления электроприводом на базе M81500FP требуется минимальное число внешних пассивных компонентов: керамический бутстрепный конденсатор, шунтовой резистор типоразмера 1206 и керамический конденсатор для подключения к выводу питания. Поскольку входы M81500FP совместимы с логикой на 3 и 5 В, инвертор можно напрямую подключать к микроконтроллеру или цифровому сигнальному процессору. Все это позволяет на 55% уменьшить площадь платы (менее 210 мм2) по сравнению с дискретными решениями на транзисторах в корпусе DPAK и высоковольтных микросхемах в корпусе SO-8.
Благодаря уникальной технологии корпусирования с высокой теплопроводностью Mitsubishi Electric удалось создать не только самый миниатюрный инвертор мощностью 90 Вт (размером 17,5×11,93 мм), но и адаптировать корпус под SMD-монтаж, облегчив и удешевив процесс сборки готовых изделий на автоматизированных линиях.
Знакомству с новой разработкой поможет демонстрационная плата EVBM81500FP (рис.5) размером всего 59×38 мм, на которой уже размещен микроконтроллер (NEC µPD78F0712).
Новая серия модулей NFM на частоту 30 кгц
Линейка серии NFM пополнилась новым модулем, рассчитанным на напряжение 1200 В и работу на средних частотах.
Медицинское и сварочное оборудование, индукционные нагреватели и резонансные схемы должны работать с мягким включением и жестким выключением. Скорость выключения у большинства IGBT достаточно мала, поэтому они редко использовались в таких устройствах. Однако за счет применения CSTBT-технологии пятого поколения и LPT-технологии изготовления пластин новые модули имеют высокую скорость срабатывания при малом падении напряжения в открытом состоянии.
Номинальные показатели потерь новых модулей почти не отличаются от аналогичных показателей модулей других производителей. Типичное напряжение насыщения не превышает 3 В при номинальном токе коллектора и температуре перехода 125°С.
Модули из двух IGBT (рис.6а) выпускаются на номинальное напряжение 1200 В и ток в диапазоне 100–300 А. Однокристальные модули (рис.6б) на 1200 В имеют только две модификации на более высокие токи: 400 и 600 А (табл. 2).
Благодаря использованию стандартного для европейских производителей корпуса модули серии NFM максимально совместимы и способны легко заменить аналогичные устройства. Все модули соответствуют требованиям директивы RoHS.
Интеллектуальные модули серии L в портативных корпусах
Ассортимент интеллектуальных модулей (IPM), куда входили модули третьего поколения серий V и S, а также модули четвертого поколения – серии S-DASH, пополнился новинкой – серией модулей L пятого поколения с улучшенными параметрами.
Основная область применения новых модулей – системы управления электродвигателями (инверторы 220 В/440 В АС и сервоприводы), источники бесперебойного питания. Разработчиками серии L были учтены повышенные требования к мощности, малым потерям. Корпус модулей (рис.7а) сделан компактным (на 32% меньше по сравнению с предыдущим поколением), а подключение – удобным. Модули не содержат вредных для окружающей среды материалов.
В модуль встроены драйверы затвора и схема защиты, которая измеряет параметры сигнала непосредственно на кристалле IGBT, гарантируя высокую скорость срабатывания. Предусмотрена защита от короткого замыкания, перегрева и понижения напряжения. Сигнал ошибки выводится на отдельный контакт. Имеется также температурный датчик, расположенный непосредственно на кристалле транзистора.
Технология изготовления кристаллов CSTBT позволила максимально снизить напряжение насыщения Vce(sat) до 1,5 В для модулей на 600 В и до 1,9 В – для модулей на 1200 В (при температуре перехода 125°С).
Благодаря новой монолитной микросхеме драйвера удалось также сократить наводки и мощность рассеяния путем управления скоростью включения силовых ключей. Кроме того, увеличен номинальный ток разрыва цепи.
Интеллектуальные модули серии L рассчитаны на ток в диапазоне 50–500 А при напряжении 600 В, и на ток 25–450 А при 1200 В. Модули «7-в-1» имеют номинальные параметры 300 A/600 В и 150 A/1200 В (табл. 3–5).
Новое семейство CIB-модулей на напряжение 600 и 1200 В
CIB-модули (Converter, Inverter, Brake – преобразователь, инвертор, тормозной транзистор), созданные в 1994 году для управления приводами мощностью до 3,7 кВт, сегодня широко распространены благодаря низким показателям суммарных потерь и высокой надежности в эксплуатации. Однако рынок требует все более компактных устройств, с меньшими потерями и себестоимостью производства.
Для того чтобы решить поставленные задачи (компактность, низкие потери и высокая надежность), специалисты компании Mitsubishi Electric использовали не только современную технологию изготовления кристаллов (CSTBT), но и технологию литьевых форм, которая была успешно внедрена еще пять лет назад в производстве интеллектуальных силовых модулей. Результатом дальнейшего усовершенствования технологии литьевых форм стали новые CIB-модули, рассчитанные на напряжение 600 В и ток 20–30 А, и модули на 1200 В и ток 10–25 А, а также специализированные высоковольтные микросхемы управления – HVIC (табл.6).
Новые модули предназначены для управления электроприводами общего промышленного назначения мощностью до 5,5 кВт. Компактная конструкция корпуса (рис.7б) (на 50% меньше места на плате, чем прежние устройства), низкое термосопротивление (на 20% ниже, чем у других модулей аналогичной мощности) при сохранении хорошей электрической изоляции и радиаторы специальной формы полностью удовлетворяют международным стандартам безопасности UL508 и IEC664‑1. Как и многие современные силовые компоненты, модули имеют полный набор функций защиты.
CIB-модули содержат трехфазный входной выпрямитель, трехфазный инвертор, тормозной транзистор и термистор для измерения температуры основной подложки (рис.8). Модули имеют топологию с открытым эмиттером.
Специально разработанная высоковольтная микросхема (1200 В) с двухсторонней схемой преобразования напряжения имеет отдельные выводы для включения, выключения и удерживания IGBT в закрытом состоянии. Такая микросхема служит для развязки между контроллером и CIB-модулем.
Для тестирования модулей выпускаются демонстрационные платы. Все модули выпускаются в бессвинцовом исполнении.
Новые модули серии А (рис.1), рассчитанные на рабочее напряжение 1700 В, – эффективное и недорогое решение для систем управления электродвигателями, блоков бесперебойного питания, сварочных аппаратов и сервоприводов.
В модулях совмещены новаторские достижения фирмы: технология изготовления кристалла пятого поколения CSTBT
(Carrier Stored Trench Bipolar Transistor – биполярный транзистор с накоплением носителей заряда и затвором-канавкой) объединена с LPT-технологией изготовления пластины (Light Punch Through – эпитаксиальная структура, выполненная по технологии "легкого" прокола базы). Результатом стало создание модуля с низким напряжением насыщения (2,2 В при номинальном токе коллектора и температуре перехода 125°С), малыми потерями на переключение и высокой стойкостью к току короткого замыкания. В корпусе модуля размещены два IGBT.
Новые IGBT-модули имеют низкую индуктивность выводов (рис.2). По сравнению с аналогичными 1700-В модулями, представленными на рынке силовых модулей, изолирующая AlN-подложка имеет малое термосопротивление. Благодаря контролируемой при производстве толщине припоя между основной и AlN-подложкой (рис.3) модули новой серии отличаются улучшенными параметрами термоциклирования. И, наконец, в результате применения новой технологии крепления кристалла увеличена мощность модулей.
Модули серии А на 1700 В дополняют линейку IGBT-модулей прежней серии, рассчитанной на максимальное напряжение 1200 В, и предназначены для оборудования с линейным напряжением 575 и 690 В. Номинальная токовая нагрузка новых модулей – от 75 до 400 А (табл.1).
Модули соответствуют требованиям RoHS (не содержат свинца).
Однокристальный инвертор в корпусе для поверхностного монтажа
Еще одна новинка компании Mitsubishi – однокристальный инвертор M81500FP мощностью 90 Вт, предназначенный для управления бесколлекторными электродвигателями. До сих пор производители стиральных машин, компрессоров или насосов – бытовой техники с электроприводом небольшой мощности – воздерживались от применения электронного управления двигателями из-за больших габаритов электронных модулей и их высокой цены. Теперь, используя M81500FP, разработчики могут значительно сократить стоимость и мощность, потребляемую бытовой аппаратурой. Кроме того, техника сможет работать тише.
Новый инвертор нормирован на 500 В/1 А. В его небольшом корпусе (рис.4) объединены схемы управления, питания и защиты. Силовые цепи реализованы на n-канальных IGBT с горизонтальной структурой по 1,3-мкм технологии SOI (Silicon On Insulator – кремний на изоляторе). Схема управления построена по 24-В КМОП-технологии.
Инвертор имеет защиту от низкого напряжения, блокировки, короткого замыкания и повышенной рабочей температуры. При этом защита от короткого замыкания способна отключить питание схемы за 1 мкс.
Для создания готового модуля управления электроприводом на базе M81500FP требуется минимальное число внешних пассивных компонентов: керамический бутстрепный конденсатор, шунтовой резистор типоразмера 1206 и керамический конденсатор для подключения к выводу питания. Поскольку входы M81500FP совместимы с логикой на 3 и 5 В, инвертор можно напрямую подключать к микроконтроллеру или цифровому сигнальному процессору. Все это позволяет на 55% уменьшить площадь платы (менее 210 мм2) по сравнению с дискретными решениями на транзисторах в корпусе DPAK и высоковольтных микросхемах в корпусе SO-8.
Благодаря уникальной технологии корпусирования с высокой теплопроводностью Mitsubishi Electric удалось создать не только самый миниатюрный инвертор мощностью 90 Вт (размером 17,5×11,93 мм), но и адаптировать корпус под SMD-монтаж, облегчив и удешевив процесс сборки готовых изделий на автоматизированных линиях.
Знакомству с новой разработкой поможет демонстрационная плата EVBM81500FP (рис.5) размером всего 59×38 мм, на которой уже размещен микроконтроллер (NEC µPD78F0712).
Новая серия модулей NFM на частоту 30 кгц
Линейка серии NFM пополнилась новым модулем, рассчитанным на напряжение 1200 В и работу на средних частотах.
Медицинское и сварочное оборудование, индукционные нагреватели и резонансные схемы должны работать с мягким включением и жестким выключением. Скорость выключения у большинства IGBT достаточно мала, поэтому они редко использовались в таких устройствах. Однако за счет применения CSTBT-технологии пятого поколения и LPT-технологии изготовления пластин новые модули имеют высокую скорость срабатывания при малом падении напряжения в открытом состоянии.
Номинальные показатели потерь новых модулей почти не отличаются от аналогичных показателей модулей других производителей. Типичное напряжение насыщения не превышает 3 В при номинальном токе коллектора и температуре перехода 125°С.
Модули из двух IGBT (рис.6а) выпускаются на номинальное напряжение 1200 В и ток в диапазоне 100–300 А. Однокристальные модули (рис.6б) на 1200 В имеют только две модификации на более высокие токи: 400 и 600 А (табл. 2).
Благодаря использованию стандартного для европейских производителей корпуса модули серии NFM максимально совместимы и способны легко заменить аналогичные устройства. Все модули соответствуют требованиям директивы RoHS.
Интеллектуальные модули серии L в портативных корпусах
Ассортимент интеллектуальных модулей (IPM), куда входили модули третьего поколения серий V и S, а также модули четвертого поколения – серии S-DASH, пополнился новинкой – серией модулей L пятого поколения с улучшенными параметрами.
Основная область применения новых модулей – системы управления электродвигателями (инверторы 220 В/440 В АС и сервоприводы), источники бесперебойного питания. Разработчиками серии L были учтены повышенные требования к мощности, малым потерям. Корпус модулей (рис.7а) сделан компактным (на 32% меньше по сравнению с предыдущим поколением), а подключение – удобным. Модули не содержат вредных для окружающей среды материалов.
В модуль встроены драйверы затвора и схема защиты, которая измеряет параметры сигнала непосредственно на кристалле IGBT, гарантируя высокую скорость срабатывания. Предусмотрена защита от короткого замыкания, перегрева и понижения напряжения. Сигнал ошибки выводится на отдельный контакт. Имеется также температурный датчик, расположенный непосредственно на кристалле транзистора.
Технология изготовления кристаллов CSTBT позволила максимально снизить напряжение насыщения Vce(sat) до 1,5 В для модулей на 600 В и до 1,9 В – для модулей на 1200 В (при температуре перехода 125°С).
Благодаря новой монолитной микросхеме драйвера удалось также сократить наводки и мощность рассеяния путем управления скоростью включения силовых ключей. Кроме того, увеличен номинальный ток разрыва цепи.
Интеллектуальные модули серии L рассчитаны на ток в диапазоне 50–500 А при напряжении 600 В, и на ток 25–450 А при 1200 В. Модули «7-в-1» имеют номинальные параметры 300 A/600 В и 150 A/1200 В (табл. 3–5).
Новое семейство CIB-модулей на напряжение 600 и 1200 В
CIB-модули (Converter, Inverter, Brake – преобразователь, инвертор, тормозной транзистор), созданные в 1994 году для управления приводами мощностью до 3,7 кВт, сегодня широко распространены благодаря низким показателям суммарных потерь и высокой надежности в эксплуатации. Однако рынок требует все более компактных устройств, с меньшими потерями и себестоимостью производства.
Для того чтобы решить поставленные задачи (компактность, низкие потери и высокая надежность), специалисты компании Mitsubishi Electric использовали не только современную технологию изготовления кристаллов (CSTBT), но и технологию литьевых форм, которая была успешно внедрена еще пять лет назад в производстве интеллектуальных силовых модулей. Результатом дальнейшего усовершенствования технологии литьевых форм стали новые CIB-модули, рассчитанные на напряжение 600 В и ток 20–30 А, и модули на 1200 В и ток 10–25 А, а также специализированные высоковольтные микросхемы управления – HVIC (табл.6).
Новые модули предназначены для управления электроприводами общего промышленного назначения мощностью до 5,5 кВт. Компактная конструкция корпуса (рис.7б) (на 50% меньше места на плате, чем прежние устройства), низкое термосопротивление (на 20% ниже, чем у других модулей аналогичной мощности) при сохранении хорошей электрической изоляции и радиаторы специальной формы полностью удовлетворяют международным стандартам безопасности UL508 и IEC664‑1. Как и многие современные силовые компоненты, модули имеют полный набор функций защиты.
CIB-модули содержат трехфазный входной выпрямитель, трехфазный инвертор, тормозной транзистор и термистор для измерения температуры основной подложки (рис.8). Модули имеют топологию с открытым эмиттером.
Специально разработанная высоковольтная микросхема (1200 В) с двухсторонней схемой преобразования напряжения имеет отдельные выводы для включения, выключения и удерживания IGBT в закрытом состоянии. Такая микросхема служит для развязки между контроллером и CIB-модулем.
Для тестирования модулей выпускаются демонстрационные платы. Все модули выпускаются в бессвинцовом исполнении.
Отзывы читателей
