高压变频器SVG的推广资料ppt课件

1、用于高压变频器的V系列IGBT我国发电量的6070左右用于推进电动机做功，其中90的电机是交流电机，大部分为40040000Kw，310Kv的大功率高压交流电动机。由于采用直接恒速拖动，每年呵斥大量的能源浪费。占工业用电30以上的各种风机、泵类负载，工况变化较大，如采用交流调速技术实现变速运转，节能效果明显。以平均节电20计算，对全国来说年节电500亿度，同时可以相应减少2000万吨发电用煤，50万吨二氧化硫和1200万吨二氧化碳的排放。e.g.一个 60 万千瓦电厂包括风机、水泵在内，一共有 20台辅机，其中 13台可以运用高压变频。一座高炉需配备风机、水泵、冲渣泵等 10 台，都可配备高压

2、变频器。一条 5000吨/天 的水泥消费线，包括风机、磨煤机在内，共需 11台辅机，都可配备变频器。高压变频器高压变频器构造采用IGCT/SGCT的电流源型电流源型 AB公司优点：易于控制电流，便于实现能量回馈和四象限运转容易实现旁路控制功能，在安装出现缺点时不影响电网运转构造简单，运用的功率器件少，使驱动和吸收电路简化缺陷：变频器的性能与电机的参数有关，不易实现多电机联动，通用性差电流的谐波成分大，污染和损耗较大高压变频器构造 二极管箝位式三电平型三电平电压源型 S公司，A公司优点：构造简单、体积小、本钱低，运用功率器件数量最少12只防止了器件的串联，提高了安装的可靠性缺陷：高次谐波对电网呵

3、斥污染电动机的功率因数和效率低。随着转速的下降，功率因数和效率都会相应降低高压变频器构造H桥级联型 R公司，完美无谐波优点：采用技术成熟、价钱低廉的低压IGBT组成逆变单元，经过串联单元的个数顺应不同的输出电压要求完美的输入输出波形，使其能顺应任何场所及电机运用由于多功率单元具有一样的构造和参数，便于将功率单元做成模块化无需外加滤波器即可满足各国供电部门对谐波的严厉要求输入功率因数可达0.95以上，总体效率高达97%。缺陷：运用的功率单元及功率器件数量较多，安装的体积较大实现能量回馈和四象限运转困难，且本钱较高当电网电压和电机电压不同时，无法实现旁路切换控制 H桥级联构造高压变频开展方向高性能

4、同步机及四象限能量回馈 高压变频器可以细分为通用型高压变频器和高性能牵引型高压变频器。高性能变频器可以实现精细控制和四象限能量回馈。高性能变频器的调速需求大于节能需求。通用型高压变频器国内已根本实现替代进口，但高性能高压变频器目前国内运用的根本为进口产品。以2000kw的高性能矿井提升机用高压变频器为例。 售价可达1000万，单价高达 5000元/kw，而通用变频器目前根本为 500元/kw。高性能变频器单价是通用型的 10倍。目前，矿井提升机每年市场需求在 50套，金额在 4.57.5亿左右。加上井下变频器的市场，煤炭行业是高压变频器新的蓝海。我们估计随着煤炭行业的进一步整合，实力雄厚的能源

5、集团将更有才干与志愿投资变频器，矿井提升机用变频器未来每年的规模超越 20亿元。高压, SVG行业协作同伴IGBT的历史IGBT芯片构造的变化Collector第三代(N-Series)Y1995N+bufferN-driftP+substrateGateEmitterPN+N-driftP+collectorCollectorGateEmitterPN+第四代 (S-Series)Y1998N-driftP+collectorCollectorGateEmitterPN+N-field-stop第五代 (U-Series)Y2002N-driftCollectorGateEmitterPN+

6、第六代 (V-Series)Y2007N+field-stopP+collector平面型沟槽栅型Field-StopNPTPT-EpiIGBT芯片尺寸的比较18% / 5yDie size reductionIGBT模块构造的变化PIM-CE+Solder-free terminalEVK-series-seriesEcono PackagePress fit pinpinSpringEcono Package (RoHS, Solder-free terminal)Primary screw PKGStandard screw type Primary solder PKGEuropean

7、 thinner & compact PKGCompact/Environment/solder-free PKG2nd Gen.(L/F-series)Y19903rd Gen.(N-series)Y199545th Gen.(S,U-series)Y199820056th Gen.(V-series)Y2021工业用模块的运用分布HPM 3300V800-1500A (under dev.)DualXT, EP+Standard 30mm-HEPXT, PCXT, IPMEasy1/2B & Smart (plan)HPM1200V 600-3600A1700V 600-3600APrim

8、ePACKTM1200V 600-1400A1700V 650-1400APrimePACKTM is registerd trademarks of Infineon Technology AG, GermanyV系列的根本概念1 更高的性能2 更方便运用采用V系列芯片，进一步降低通态压降VON 和关断损耗Eoff采用高导热DCB基板，改善芯片规划，进一步降低热阻提高最大结温，Tj(max) =175oC175oC UL 認定 E82988更便于设计高损坏耐受量， 小型化低干扰, 低浪涌电压, 软关断, 高可靠性，规范封装等更便于组装 免焊接模块的系列化; 螺旋弹簧式和压接式V系列的特性改善

9、V-100A,150AV-75A and smallerPossibly High PowerU-IGBTSourceX-3X4-75A and smallerX4-100,150A25%小形化損失低減両立 !V系列：软关断ConventionalCH1 VCE : 200V/divCH2 IC : 25A/divCH3 VGE : 20V/div VDC=900V, 2xIcIntentionally large L-strayV-IGBTV系列：更好的Rg可控性Trench-A100ns7.7W40W-BV RG増加V经过外接门极Rg，更好地控制开通速度改善了dv/dt和开通损耗的折中特性

10、，实现了低损耗和低干扰门极电阻可控性随着低损耗需求的增大，IGBT的开关速度越来越快。但是，开关速度变快后，由于电流、电压的变化将产生EMI干扰。特别是开通特性，对EMI干扰的影响很大。因此，在EMI干扰问题尚未处理的情况下，需求使开通时的电流、电压缓慢变化软开通。因此，必需经过门极电阻Rg来调整开通时的电流、电压变化率。第六代V系列IGBT产品，经过门极电阻Rg可以轻松地控制开通速度。以下图显示了在1/10的额定电流下，改动Rg时的开通开关波形。该图还显示了其对称支路的FWD电压变化。如图，经过改动门极电阻，使开通产生的反向恢复dv/dt发生极大的变化。因此，在V-IGBT中可经过门极电阻R

11、g轻松地控制电流、电压变化率。在设计时，经过选择适宜的门极电阻Rg，可以得到最正确的EMI干扰和开关损耗的折衷特性。EMI特性改善在经过Rg改善开通速度可控性的同时，要留意EMI干扰与开通损耗的折衷关系。以下图：作为EMI干扰主要缘由的反向恢复dv/dt和开通损耗之间的关系。与U系列IGBT产品相比，在同样的反向恢复dv/dt下，V系列IGBT的开通损耗较小。结论：与U-IGBT产品相比，V-IGBT的反向恢复dv/dt与开通损耗间的折衷关系得到了改善。V系列IGBT模块同时实现了低损耗和低干扰。V系列：低浪涌电压VDC=600V800V900V1000VX4VVpeak=784VVpeak=

12、768VD16V1020V964VD56V1168V1060VD108V1252V1152VD100VVDC900V时的浪涌电压降低100V以上V系列：浪涌电压对Rg的依赖性浪涌电压对门极电阻Rg的依赖性是有峰值的。测试条件：Vge=15V, Vcc=900V,Ic=600A,Tj=RTRgoff=2.22MBI1000VXB-170-50V系列：低热阻封装优化规划以前的封装V系列封装Hotspots低热阻均温分布防止热量过于集中以前： IGBT-IGBT发热源集中 V-PKG： IGBT-FWD-IGBT 发热源分散芯片分布到DBC的外周 加速热循环新无铅焊锡 Example of EP2,

13、3XT V-PIM提高功率循环寿命Copper base plate(c)(b)(a)Mode 1 : 热应力 (a) 热机械应力导致焊锡结合处产生裂痕 (b) 铝线零落芯片部分Mole 2 : 机械损坏 (c) 铝线零落(端子部分Mode 3 : 腐蚀 (d) 铜箔之间的绝缘受损(d)DCB substrateCasePower chip (IGBT/FWD)Al-bond wireTj Power cycleTc Power cycleTc功率循环寿命比较Candidate idea; tbd. in future 40 50 60 70 80 90 富士 (规范模块DTc 功率循环寿命:

14、 16,000cy at 80deg.C I社 规范模块(Cu)Al2O3 + Cu 底板Al2O3 + Cu富士 New 2in1 I社品富士試験DTc (oC)I社 PrimePACK富士模块具有更高的可靠性。Data from Infineon website 1200V IGBT4 - High Power- a new Technology Generation (ed_pcim06_1200V IGBT4 - High Power- a new Technology Generation .pdf)富士 Tjmin=25oC富士 Tjmax=150oCFuji Experiment

15、al results, not official guaranteeTj功率循环寿命比较富士模块具有更高的可靠性。Test conditions;-40oC(1HR)RT(0.5H)125oC(1H) 300 cycles后普通的无铅焊锡富士运用的无铅焊锡焊锡裂痕Candidate idea; tbd. in future规格书概略例子：1200V/200A 2in1 模块绝对最大值普通电气特性热特性特性曲线外形尺寸规格书概略-绝对最大值绝对不允许超出的数值由于门极采用MOS构造，易受静电击穿；因此需求采取必要的防静电措施。注：门极防静电才干小于1kV。千万不能在无任何防静电措施下用手触摸门极

16、。允许的最大延续电流允许的最大损耗值=(Tjmax-25)/Rthjc_IGBT允许的最高结温任务结温往往引荐25降额引荐安装力矩，并非最大值陶瓷基板提供绝缘才干，将底板和芯片进展隔离不要运用跌落后的模块陶瓷基板能够碎裂从而导致电击的危险规格书概略-普通电气特性注：关注不同结温下电气特性中的最小、最大值IGBT开通的最小门槛值假设电路误动作，门极电压超过VGE(th) ，IGBT将会误开通规格书曲线读取QG来计算驱动电路功率，输入电容(Cies)随着Vce不同而改动规格书中的Rg值是测试驱动电阻值。对于大电流模块，运用标称电阻值容易产生高浪涌电压注：标 称 驱 动 电 阻 值 不 是 厂 家

17、驱动引荐值导通压降用来计算导通损耗。关断和开通延时用来设定死区时间IGBT-电流参数 标称电流Ic2MBI200VH-120-50富士Tjmax标称电流在Tc=100时定义，Tc=25电流大小可以作为一个参考值Tjmax Tc (Vce(sat)max Tjmax *Ic *Rthjc)注：标称值仅仅代表IGBT在一定壳温下允许的直流电流才干，可以作为选择IGBT的参考，但最终 选择取决于实践任务条件和散热条件！脉冲电流Ic_pulseIc_pulse定义为Tc=100时，允许反复的开通脉冲电流，普通是模块标称值的两倍！Tj Tc P tot *Rthjc Tjmax注：1ms仅仅是测试条件，

18、实践允许的脉冲宽度和脉冲电流值取决于热！Collector currentIGBT-电压参数Vces_terminaldidtVces_chip L *阻断电压VcesRBSOAVces定义是IGBT芯片不能超越的电压值，思索模块内部的杂散电感，模块端子电压需求做降额思索！注：Vces在任何条件下都不能超越限值，否那么模块很容易损坏！Example 1200V IGBT 1200VDont exceed 1200VVCES(V)ICES(A)Static Voltage is limited by absolute maximum rating. Static Voltage Dynamic

19、VoltageDynamic Voltage is limited by RBSOA,SCSOAIGBT-电压参数饱和压降Vce(sat)Vce(sat)描画的是 是IGBT芯片在一定条件 Vge=15V，Ic=标称值下的电压降，分别给出在 Tj=25，Tj=125 ，Tj=150的电压值。交越点之上为正温度系数，有利于模块并联运用。因此交越点越低越好！交越点Temperature riseIGBT-开关参数ton: 0Vge到10Vce的时间tr: 10Ic到10Vce的时间tr(i): 10Ic到90Ic的时间toff: 90Vge到10Ic的时间tf: 90Ic到10Ic的时间16注：富

20、士ton普通比竞争对手大，这是由于富士和竞争对手的定义差别导致ton大小差别，富士的定义多包含了90Ic到10Vce的时间，如上图阴影所示；Rg：门极串联电阻，分为Rgint 和Rgext两部分。主要用来 控制开通和关断的速度。Qg：为了使IGBT开通，G-E间的 充电电荷量。Cge_ext：外置门极电容，用来控制门极 开通速度，抑制门极电压振荡。Eon,Eoff：开通损耗和关断损耗。ton,tr,toff,tr(i)：IGBT开通，上升， 关断，下降时间。主要用来 决议死区时间。FWD参数*Err Err_Ic *P sw_FWD fsw*ErrVdcVdc_nomErr_RgextErr_

21、Rgstd正向压降VF) VF描画的是FWD芯片在一定条件下Vge=0V，If=标称值下的电压降，分别给出在Tj=25， Tj=125 ，Tj=150的电压值。Tjmax Tc (VFmax Tjmax *IF *Rthjc) 反向恢复损耗Err壳散热器热阻(Rthc-f)模块金属底板到散热器的热阻Tj_IGBT Tc P IGBT *Rthjc_IGBTTj_FWD Tc P FWD *Rthjc_IGBTTc Tf P tot *Rthcf热特性热特性含热辐射才干结壳热阻Rth(j-c)芯片到芯片正下方金属底板的热阻 Power lossIGBT,FWDSolderCu foilCeram

22、icCu foilCooling FinBase plateThermal GreaseSolderTj (Junction)Tc (Case)Tf (fin)Rth(j-c)Rth(c-f)热特性关于散热器安装外表的详细要求如下：外表粗糙度应控制在10m 以下！在螺钉安装位置间，每100mm 的平坦度应控制在50m 以下。运用丝网文件的优点： 减小底板到散热器热阻 更好地控制硅脂厚度一致性 提高消费效率注：我们将提供您所需求IGBT型号的丝网文件以及运用指点来满足您的消费要求！安装及力矩参数注：规格书中给出的安装力矩是引荐值，并非最大值！H桥级联的中心 功率单元功率单元设计IGBT 驱动选型

23、驱动功率PGate=QG*fsw*VPCge=CGE*fsw* V2P=PGate+PCge驱动电流Imax=V/(Rgstd+Rgint)e.g. 2MBI150VH-170-50Qg = 0.6 + 1.2 = 1.8uCPgate = 1.8uC * 3kHz *(10+15) = 0.WImax = 25/(5+ 3*4.8) = 1.29A Concept 2SC0108T OK.功率单元设计短路维护：Vcesat)检测吸收电路： C型， RCD型钳位电路：有源钳位 Vcepeak TVS管的选择门极钳位门极震荡，门极过电压功率单元设计Rg的选择开通关断速度损耗电压电流尖峰当减小栅极

24、电阻的阻值时，需求思索的是当大电流被过快地切换时所产生的 di/dt。这时由于电路中存在杂散电感，它在 IGBT 上产生高的电压尖峰，Vcep = Vdc+Ls(di/dt)。此外， 也会呵斥FWD反向恢复电压尖峰Vakp过大。死区时间EMIFWD反向恢复dv/dt过大会对门级产生干扰门极震荡规格书规范值是实践运用的Rg下限，是在假设理想的驱动条件下，使开关损耗最小的驱动电阻。实践运用时，对于高压变频行业建议从开通： 35倍 ； 关断： 23倍开场进展测试。最终以实践测试后优化调整的结果为准。U系列在高压行业经验值标准驱动电阻输入电容Rgon/Rgoff/Cge/nF2MBI100U4H-17

25、04.791510102MBI150U4H-1703.3141510102MBI200U4H-1702.2198.35.3332MBI300U4H-1701.52863402MBI400U4H-1701.1376340功率单元设计构造设计IGBT主电路铜排的优化设计，以减小直流回路杂散电感，优化吸收电路 叠层铜排。 尽量做到100nH以下。减小环路面积 1cm2=10nH功率单元设计热设计IGBT 在各种运转工况下的结温需结合 IGBT模块总功耗、散热器尺寸和冷却风机的类型及流量进展缜密计算， 在试运转期间尚需进展全面测试， 以确保所选散热器和冷却风机流量满足要求。散热方案 - 热管？水冷？电

26、磁设计FWD反向恢复dv/dt对门级的干扰。 在门极-发射极间外加电容 CGE 的方法，是将误触发电流经过该 CGE旁路，从而减少流过门极电阻的电流。由于在门极驱动时，需求对该电容进展充电，所以外加 CGE会降低开关速度。因此，假设仅外加 CGE，开关损耗会变大。但是，即使在外加 CGE 的情况下，也可经过降低门极电阻适当地控制开关速度。也就是说、假设在外加CGE的同时减小门极电阻，那么在不增大开关损耗的前提下防止误触发是能够的。 另外，引荐将记录在规格书上的 Cies的 1 倍左右的电容外加在模块门极和发射极之间，同时，将门极电阻Rg 设为外加CGE 前的一半左右。详细特性请参照各系列产品的

27、专业数据。温升的测试RG的选型用于高压变频器的V系列IGBT功率单元的中心开关器件 - IGBT可靠性500RMB/kW? 本钱控制同品牌全系列覆盖交换性，兼容性供货保证 高压变频器价钱趋势V-IGBT 交换性索引除第一个外为4代芯片3代芯片3代芯片（电流标称25度）4代芯片封装尺寸I公司I公司S公司34mm 标准BSM75GB170DN2SKM100GB176D2MBI75VA-170-5034mm 标准SKM145GB176D2MBI100VA-170-5062mm 标准FF150R17KE4BSM150GB170DLCSKM200GB176D2MBI150VH-170-5062mm 标准

28、FF200R17KE4FF200R17KE32MBI200VH-170-5062mm 标准FF300R17KE4FF300R17KE3SKM400GB176D2MBI300VH-170-5062mm 标准2MBI400U4H-170EconoDual 扁平FF225R17ME4FF225R17ME32MBI225U4N-170-50EconoDual 扁平FF300R17ME4FF300R17ME32MBI300VN-170-50EconoDual 扁平FF450R17ME4FF450R17ME32MBI450VN-170-50EconoDual 扁平FF550R17ME42MBI550VN-170-50PrimePack 长条FF650R17IE42MBI650VXA-170E-50PrimePack 长条FF1000R17IE42MBI1000VXA-