你的位置:首頁 > 電源管理 > 正文

ABB采用IGBT7的新一代高功率密度變頻器ACS180系列

發(fā)布時(shí)間:2022-09-14 來源:英飛凌 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】變頻器是各行業(yè)中至關(guān)重要的節(jié)能設(shè)備,ABB傳動(dòng)一直致力于用先進(jìn)的產(chǎn)品和技術(shù),創(chuàng)新的解決方案為客戶創(chuàng)造價(jià)值,提高生產(chǎn)效能水平,助力變頻器產(chǎn)業(yè)升級。


ACS180緊湊型變頻器是ABB北京設(shè)計(jì)的最新一代變頻器產(chǎn)品,它體積小巧,使用方便,穩(wěn)定可靠,應(yīng)用廣泛,具有很高的性價(jià)比,是各種緊湊型設(shè)備的可靠之選。


ACS180 400V電壓等級的R0至R2框架均使用了來自英飛凌的IGBT7技術(shù)。以ACS180-04x-17A0-4型號為例,得益于新技術(shù)的應(yīng)用,其功率密度再上一個(gè)臺(tái)階。


38.png


ACS180-04x-17A0-4變頻器主要參數(shù)


變頻器尺寸: 202mm(高度)x120mm(寬度)x143mm(深度),大大低于友商同功率的同類產(chǎn)品。


1661432467769853.png


額定電流IN=17.0A(連續(xù)輸出時(shí)的額定電流);


PId=7.5kW,ILD=16.2A(每10分鐘可承受1分鐘110%過載) ;


Phd=5.5kW,IHD=12.6A(每10分鐘可承受1分鐘150%過載);


Imax=22.7A (啟動(dòng)時(shí)可輸出2秒鐘)。


用做5.5kW重載應(yīng)用時(shí),工作的環(huán)境溫度為50℃以下無需降額, 90%額定電流可運(yùn)行在60℃。且內(nèi)部集成滿足IEC61800-3(可調(diào)速電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng).第3部分:電磁兼容性(EMC)要求和特定試驗(yàn)法)的C3等級的EMC濾波器。


ACS180是如何做到“小身材,大能量”的呢?這得益于不斷發(fā)展的IGBT技術(shù)。


IGBT是變頻器實(shí)現(xiàn)電能轉(zhuǎn)換的核心元件,它仿佛一雙強(qiáng)有力的手,控制著電流的開通,和關(guān)斷。如果這雙手臂力氣大,消耗少,無疑將會(huì)大大減小變頻器的體積,增加變頻器的效率。


此款A(yù)CS180采用的IGBT是FP25R12W1T7,這是一款1200V/25A的IGBT模塊,芯片采用的是英飛凌最新一代IGBT7技術(shù)。與目前市場上主流的IGBT4技術(shù)不同,IGBT7采用更加精細(xì)化的MPT微溝槽柵技術(shù),溝道密度更高,芯片厚度更薄,元胞結(jié)構(gòu)及間距也經(jīng)過精心設(shè)計(jì),并且優(yōu)化了寄生電容參數(shù),從而實(shí)現(xiàn)5kv/us下的最佳開關(guān)性能。


40.jpg


在現(xiàn)代功率半導(dǎo)體器件中,提高開關(guān)速度、開關(guān)頻率和功率密度是大勢所趨。然而,由于不同具體應(yīng)用對器件性能需求有差異。就電機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用特性而言,由于電機(jī)和電纜的固有隔離,開關(guān)斜率(dv/dt)通常被限制在2-10kV/μs的范圍內(nèi),典型目標(biāo)為5kV/μs。此外,用戶采用的典型開關(guān)頻率(fSW)也低于8kHz。這意味著,對電機(jī)驅(qū)動(dòng)而言,降低靜態(tài)損耗成為了功率半導(dǎo)體的發(fā)展重點(diǎn),快速開關(guān)和高開關(guān)頻率需求的重要性有所減弱,開關(guān)損耗變得次要了。針對上述需求,IGBT7進(jìn)行了精心的優(yōu)化。主要體現(xiàn)在:


01 更低損耗


因?yàn)楦〉男酒穸群蛢?yōu)化的載流子分布,IGBT大幅降低了器件的損耗,飽和壓降相比IGBT4降低了20%,例如FP25R12W2T7的Vce(sat)@25℃僅有1.6V,同時(shí)關(guān)斷損耗仍舊與IGBT4維持在同一個(gè)水平。如下圖所示,T7相比前代器件而言,其折衷曲線進(jìn)一步逼近理想原點(diǎn)。


1661432444376105.png


02 可調(diào)dv/dt


不同于IGBT4等主流器件,IGBT7里的溝槽有多種形式:其中最常見的是作為有源柵極使用。其次,MPT結(jié)構(gòu)還能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)射極溝槽和偽柵極,兩者都是無效溝槽。這三種溝槽的數(shù)量決定了IGBT7的可控性,使得開通和關(guān)斷的dv/dt在很大范圍內(nèi)都可以通過門極電阻進(jìn)行調(diào)節(jié),并且在變頻器典型dv/dt范圍內(nèi)(2-10kV/μs),實(shí)現(xiàn)最低的損耗。


1661432409427780.png


03 175°C最大工作結(jié)溫


基于優(yōu)化功率模塊設(shè)計(jì),IGBT7將暫態(tài)的最高允許結(jié)溫(Tj)提高至175°C時(shí),比IGBT4提高了25℃,能夠滿足實(shí)際應(yīng)用的過載運(yùn)行需求。過載工況定義如下:


●   持續(xù)工作結(jié)溫 Tj ≤ 150 °C

●   重復(fù)過載結(jié)溫 Tj ≤ 175 °C ,過載時(shí)間 t1 ≤ 60 s

●   過載占空比 D=t1/T ≤ 20%


43.png


由此我們可以看到,IGBT7能給變頻器帶來如下益處:


提升逆變器的輸出電流


IGBT7極低的飽和導(dǎo)通電壓,意味著使用相同規(guī)格的IGBT4與IGBT7時(shí),使用IGBT7的逆變器損耗更低,從而能輸出更大的電流;或者采用比IGBT4模塊規(guī)格更小的IGBT7模塊,使逆變器輸出相同的電流。


如下圖所示,25A Easy2B的IGBT7可以比25A Easy2B的IGBT4提升35%的輸出電流,而25A Easy1B的IGBT7也可以比25A Easy2B的IGBT4提升16%的輸出電流。


44.jpg


提升逆變器的功率密度


IGBT7的損耗低,結(jié)溫高(過載結(jié)溫最高175℃),因此可以大大的減少散熱器的尺寸。以典型條件的對比,25A Easy2B的IGBT7能夠比25A Easy2B的IGBT4減小40%的散熱器體積。


1661432380691791.png


 “ 

從穿通型IGBT到場截止型IGBT,從平面柵到溝槽柵,又從溝槽柵到精細(xì)化溝槽柵,一代又一代不斷優(yōu)化 IGBT助力變頻器實(shí)現(xiàn)更低功耗與更小體積,追求低碳高效的路上我們從不停歇,讓我們同生活,共未來。


作者:英飛凌集成電路(北京)有限公司:趙佳,北京ABB電氣傳動(dòng)系統(tǒng)有限公司:  賈一然,李君峰



免責(zé)聲明:本文為轉(zhuǎn)載文章,轉(zhuǎn)載此文目的在于傳遞更多信息,版權(quán)歸原作者所有。本文所用視頻、圖片、文字如涉及作品版權(quán)問題,請聯(lián)系小編進(jìn)行處理。


推薦閱讀:


電源應(yīng)用問題之應(yīng)用環(huán)境分析

開啟大功率無線充電新時(shí)代

碳化硅MOS 四引腳封裝在應(yīng)用中的優(yōu)勢

深入剖析高速SiC MOSFET的開關(guān)行為

巧用LC濾波器額,改善高速DAC電源相位噪聲!

特別推薦
技術(shù)文章更多>>
技術(shù)白皮書下載更多>>
熱門搜索
共模電感 固態(tài)盤 固體繼電器 光傳感器 光電池 光電傳感器 光電二極管 光電開關(guān) 光電模塊 光電耦合器 光電器件 光電顯示 光繼電器 光控可控硅 光敏電阻 光敏器件 光敏三極管 光收發(fā)器 光通訊器件 光纖連接器 軌道交通 國防航空 過流保護(hù)器 過熱保護(hù) 過壓保護(hù) 焊接設(shè)備 焊錫焊膏 恒溫振蕩器 恒壓變壓器 恒壓穩(wěn)壓器
?

關(guān)閉

?

關(guān)閉