Pokaż menu

Firmy z okładek

HF Inverter  Parker Hannifin

Reklama

Współpraca

Seria modułów od Hitachi dedykowanych dla pojazdów elektrycznych
Chris White, Radosław Sobieski


Wstęp
Napęd elektryczny to temat zyskujący coraz większą popularność wśród producentów pojazdów, organów regulacyjnych oraz konsumentów. Projektanci pojazdów coraz częściej muszą zwracać uwagę, aby spełnić wymagania formalne oraz oczekiwania rynkowe związane z technologią napędu elektrycznego dla aut osobowych, dostawczych oraz pojazdów transportu zbiorowego.
Seria motoryzacyjnych modułów mocy Hitachi Suijin pomaga sprostać tym wymaganiom. Opierając się na długiej historii firmy Hitachi w zakresie produkcji modułów mocy do pojazdów elektrycznych i hybrydowych – seria Suijin oferuje szeroki zakres mocy oraz wysoką wydajność prądową, aby sprostać najbardziej wymagającym aplikacjom w zakresie napięć od 600 V do 1200 V.


Rys. 1. Obudowa typu Suijin z bezpośrednim chłodzeniem wodnym
Rys.1. Obudowa typu Suijin z bezpośrednim chłodzeniem wodnym



Obudowa typu Suijin
Obudowa typu Suijin oferuje wysokiej jakości moduły mocy „6 in 1” (6 tranzystorów z diodami zwrotnymi w jednej obudowie) z bezpośrednim chłodzeniem wodnym, zapewniającym maksymalną wydajność prądową, żywotność oraz niezawodność.
Opisywany typ obudowy oferuje szeroki zakres wartości napięć i prądów, umożliwiając unifikację konstrukcji mechanicznych i wysoki poziom wygody projektowania przekształtników o różnych wartościach znamionowych. Kompaktowa obudowa oraz wysoka gęstość mocy umożliwia projektantowi realizację konstrukcji przekształtników spełniających wszelkie wymagania rynkowe i techniczne.


Typoszereg produktów
Oferta produktów Suijin obejmuje moduły o napięciu znamionowym 650 V, 750 V i 1200 V z prądami znamionowymi do 1000 A. Wszystkie poniższe moduły są dostępne w postaci zestawów ewaluacyjnych.
  • 650 V, 600 A – MBB600TV6A
  • 650 V, 800 A – MBB800TW6A
  • 750 V, 1000 A – MBB1000UW1A
  • 1200 V, 400 A – MBB400TX12A


Zestawy ewaluacyjne
Hitachi oferuje kompleksowe zestawy ewaluacyjne wspierające każdy typ modułu. Zestawy zawierają:
  • sterownik bramkowy z 6 kanałami dla wszystkich tranzystorów w jednej obudowie, wyposażony w funkcje zabezpieczające oraz pomiar temperatury dla każdej gałęzi;
  • kondensator DC Link dostosowany do bezpośredniego połączenia z modułem, zapewniający niską indukcyjność obwodu;
  • radiator wodny zapewniający chłodzenie podczas testów.


Nowoczesne technologie półprzewodnikowe
Hitachi zastosowało innowacyjne technologie półprzewodnikowe dla serii Suijin, aby zapewnić maksymalną wydajność modułów. Najnowszej generacji struktury IGBT typu Side Gate, monitorowanie temperatury wewnętrznej oraz połączenie struktury z podstawą Copper Sintering zapewniają wysoką moc wyjściową, niskie straty energii oraz kontrolę czasu życia.

 Najnowsza generacja IGBT od Hitachi typu Side Gate pozwala zmniejszyć straty energii i poprawić sterowalność w porównaniu z konwencjonalnym tranzystorem IGBT typu Trench. Straty wyłączania można poprawić nawet o 35% lub uzyskać redukcję napięcia nasycenia do 15% (rysunek 2 a).

Niski ładunek bramkowy zmniejsza obciążenie sterownika, a niskie straty odzyskiwania właściwości zaporowych umożliwiają optymalizację załączenia, redukując dodatkowo straty przełączania i umożliwiając łatwą aplikację w przekształtniku (rysunek 2 b).
Zredukowana pojemność Cres tranzystora IGBT w technologii Side Gate prowadzi do poprawy wydajności zwarciowej modułu przy lepszej kontroli napięcia bramki i niższego szczytowego prądu kolektora. W efekcie projektanci układów mają do dyspozycji moduł mocy, który zapewnia większą niezawodność w warunkach zwarcia i pozwala zmniejszyć szczytowe prądy w obwodzie.


Rys. 2. Właściwości tranzystora IGBT w technologii Side Gate: a)	(górny wykres) zależność Vce – Eoff; b)	(dolny wykres) zależność Eon + Err – dV/dt podczas odzyskiwania zdolności zaporowych
Rys. 2. Właściwości tranzystora IGBT w technologii Side Gate: a) (górny wykres) zależność Vce – Eoff; b) (dolny wykres) zależność Eon + Err – dV/dt podczas odzyskiwania zdolności zaporowych



Maksymalny czas życia i gęstość mocy
Zastosowanie technologii Copper Sintering w celu zastąpienia połączeń lutowanych struktur IGBT znacznie zwiększa wytrzymałość modułu, w szczególności wydłużając odporność na cykle temperaturowe nawet do 10 razy w porównaniu ze standardowymi modułami. Technologia ta zwiększa także możliwości prądowe modułu, zapewniając najwyższą możliwą gęstość mocy. Jest to szczególnie przydatne w projektach pojazdów o wysokich osiągach, wymagających agresywnego przyspieszenia i bardzo dużej dynamiki jazdy, zapewniając jednocześnie całkowitą niezawodność przez cały okres eksploatacji pojazdu.


Pomiar temperatury struktury
Aby umożliwić optymalizację pracy przekształtnika, Hitachi umieściło czujniki temperatury w pobliżu struktur IGBT, umożliwiając sterownikowi nadrzędnemu odczytanie niemal bezpośredniej temperatury złącza. Umożliwia to dokładniejszą kontrolę parametrów dynamicznych przekształtnika w celu optymalizacji osiągów przez cały okres eksploatacji pojazdu.


Rozwój technologii
Hitachi kontynuuje wprowadzanie innowacyjnych technologii przemysłowych, aby poprawić wydajność modułów mocy. W szczególności na uwagę zasługują osiągnięcia w dziedzinie materiałów WBG, nowych generacjach IGBT oraz nowych technologiach obudów.


Tranzystory krzemowe IGBT nowej generacji
Innowacyjna technologia IGBT typu Dual Side Gate firmy Hitachi przełamuje konwencjonalne ograniczenia wydajności krzemu. Dzięki zastosowaniu dynamicznej kontroli nośników straty energii wyłączania mogą zostać zredukowane o 45% w porównaniu do konwencjonalnych tranzystorów IGBT, a kompromis Eoff – Vce (sat) zbliża się do wyników osiąganych dla tranzystorów SiC MOSFET.


Rys. 3. Porównanie SiC TEDMOS od Hitachi i standardowych tranzystorów SiC DMOS w zakresie: a)	rezystancji w stanie załączenia; b)	strat łączeniowych; c)	wytrzymałości zwarciowej
Rys. 3. Porównanie SiC TEDMOS od Hitachi i standardowych tranzystorów SiC DMOS w zakresie: a) rezystancji w stanie załączenia; b) strat łączeniowych; c) wytrzymałości zwarciowej



SiC TEDMOS
Hitachi oferuje także tranzystory SiC MOSFET dla aplikacji motoryzacyjnych, aby wspierać następną generację falowników samochodowych, zwiększyć sprawność i jeszcze bardziej poprawić wydajność. Technologia TOSMET firmy Hitachi, stosowana w tranzystorach typu SiC MOSFET, wykorzystuje specjalną strukturę Trench, aby zapewnić najwyższą wydajność przy niskich stratach energii i zwiększonej wytrzymałości zwarciowej.

TEDMOS to niezawodna struktura półprzewodnikowa, którą można łatwo kontrolować. Zarówno rezystancja dren – źródło, jak i straty przełączania zostały zredukowane w porównaniu do struktur SiC DMOS. Pole elektryczne wokół obszaru Trench jest zredukowane w porównaniu do konwencjonalnych struktur, co zapewnia bardziej niezawodny układ. Prąd zwarciowy jest również lepiej kontrolowany, co powoduje trwałość zwarciową, która jest podobna do standardowych IGBT bez uszczerbku dla wydajności operacyjnej.


Technologie nowych obudów
Kluczem do maksymalizacji korzyści wynikających z zastosowania innowacji półprzewodnikowych jest obudowa. Firma Hitachi jest światowym liderem w tej dziedzinie, a ciągłe prace badawcze nad obudowami prowadzą do poprawy chłodzenia, obniżonej indukcyjności i poprawy żywotności modułów. Głównym celem jest pełne wykorzystanie potencjału półprzewodników i zapewnienie projektantom pojazdów elektrycznych nowych możliwości pod względem wydajności i elastyczności, aby mogli sprostać jeszcze większym wyzwaniom rynku motoryzacyjnego.


Podsumowanie
Hitachi wspiera rozwój elektrycznych i hybrydowych pojazdów poprzez zastosowanie innowacyjnych i zaawansowanych technologii w zakresie modułów mocy dedykowanych dla przemysłu motoryzacyjnego. Moduły te doskonale nadają się do zastosowań wymagających wysokich sprawności, najwyższych wydajności, żywotności i gęstości mocy.

Wspólna obudowa i koncepcja modułu z serii Suijin umożliwia wysoki poziom ponownego wykorzystania projektu i możliwości zastosowania istniejącego rozwiązania przekształtnika mocy dla szerokiej gamy aplikacji.

Nacisk Hitachi na zapewnienie najlepszej wydajności na rynku dzięki innowacjom i zaawansowanej technologii jest widoczny w kolejnych zapowiedziach produktów z serii Suijin. Dostępne obecnie tranzystory Si IGBT najnowszej generacji będą ulepszane przez kolejne generacje struktur krzemowych oraz SiC MOSFET, aby spełniać wszystkie wymagania klientów.


Chris White – Power Device Division, Hitachi Europe Ltd
e-mail: chris.white@hitachi-eu.com, tel. +44 1628 585151;

Radosław Sobieski – Markel Sp. z o.o.
e-mail: radek.sobieski@markel.pl, tel. 22-428 10 29


Markel Sp. z o.o.
ul. Okulickiego 7/9
05-500 Piaseczno
tel. 22-428 10 29
e-mail: markel@markel.pl

 

Reklama