第7代“X系列”产业用1200V/2400A RC-IGBT模块

• 关键词：富士电机,IGBT
• 摘要：为满足IGBT模块小型化和高可靠性化的市场要求，富士电机开发了将IGBT和FWD单芯片化的RC-IGBT(Reverse-Conducting IGBT)。

为满足IGBT模块小型化和高可靠性化的市场要求，富士电机开发了将IGBT和FWD单芯片化的RC-IGBT(Reverse-Conducting IGBT)。

将第7代“X系列”芯片技术及封装技术与RC-IGBT技术相结合，使第7代“X系列”产业用1200V RC-IGBT模块系列化，加入2400A后扩大了额定电流。

产品阵容

表1所示为此次新系列化的X系列RC-IGBT模块PrimePACK™ 3+的外观照片。

RC-IGBT模块封装尺寸与传统额定电流为1800A的X系列IGBT模块相同，实现了2400A的额定电流。

第7代“X 系列”产业用RC-IGBT模块

PrimePACK™ 3+的特性

关断损耗

图2所示为X系列RC-IGBT模块的VCE(sat)与关断损耗的均衡特性。

X系列RC-IGBT模块与V系列IGBT模块相比，饱和电压降低0.65V，关断损耗降低42%，大幅改善了均衡特性。

由此，实现了高效化和高电流密度化。

输出端子温度

图3所示为传统V系列IGBT模块与X系列RC-IGBT模块通电试验时输出端子温度的测量结果。

X系列RC-IGBT模块可在通电时降低每个端子的电流。

因此，与传统的V系列IGBT模块相比，1100A通电时的端子温度降低了51℃，可扩大额定电流。

搭载变频器时的功率损耗和结温

图4所示为通过仿真求得的将传统V系列IGBT模块与X系列RC-IGBT模块搭载在电压型变频器上时的功率损耗、结温Tvj及结点-塑壳间温升Tvj-c的结果。

与V系列IGBT模块相比：

1、在相同条件下功率损耗减少了16%。

2、通过X系列的封装技术与RC-IGBT技术的结合，大幅降低了热阻，Tvj-c降低了17℃，从而使最高结温Tvj max降低了29℃。

功率循环耐量

图5所示为电机加减速等变频器在低频下工作时Tvj的仿真结果。

在传统的IGBT+FWD结构中，IGBT及FWD分别反复进行发热及散热，1个周期中Tvj的最低温度与最高温度之差ΔTvj为90℃。

另一方面，在将IGBT和FWD区域进行了单芯片化的RC-IGBT中，元件内的IGBT区域和FWD区域交替发热。

因此，在RC-IGBT中，IGBT产生的热也会传递到FWD区域，而FWD产生的热也会传递到IGBT区域。因此与IGBT+FWD结构相比，散热面积得到了扩大，热阻下降，Tvj的温度变化减小至约1/4，1个周期的ΔTvj仅为21℃。

于是，对铝线接合部和硅芯片下焊锡接合部的热应力大幅缓和。

图6 所示为ΔTvj功率循环耐量与此次低频工作时的温升计算结果。

在X系列RC-IGBT模块中，因ΔTvj大幅降低，所以低频工作时的ΔTvj功率循环耐量从7×104cycles增加到4×109cycles，可靠性得到了极大提高。

另一方面，在与以往同等的功率循环耐量条件下使用时，有望实现高输出化。

输出电流的提高

如图7所示，对连续工作进行仿真的结果表明，通过降低功率损耗和热阻以及连续工作时的最高结温可从V系列IGBT模块的150℃提高至X系列IGBT模块的175℃，可在同一封装的情况下将输出电流扩大55%。

另外，如图8所示，仿真了变频器在额定输出电流的100%下连续工作后，以200%进行了3秒过载工作时的100%输出电流Io和Tvj max。

结果表明，如图9所示，通过使用X系列RC-IGBT模块，即使在过载工作中输出电流也能扩大54%。

图10 所示为连续工作时的Io与Tvj max仿真结果。

需要并联2个1400AV系列IGBT模块时，可更换为1台2400AX系列RC-IGBT模块，不仅可扩大17%的输出电流，还可节省空间。

以上，对第7代“X系列”产业用1200V/2400A RC-IGBT模块进行了论述。

通过在电力转换装置上搭载该模块，实现了迄今为止难以实现的输出电流扩大结果，可进一步为电力转换装置的小型化、高效化、高可靠性化和低成本化做出贡献。

今后，富士电机仍将继续推进IGBT模块的技术革新，为实现安全放心且可持续发展的社会做出贡献。

  Fuji Electric  

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