高压变频器SVG的推广资料XXXX4

用于高压变频器的V系列IGBT•我国发电量的60％～70％左右用于推动电动机做功，其中90％的电机是交流电机，大部分为400～40000Kw，3～10Kv的大功率高压交流电动机。由于采用直接恒速拖动，每年造成大量的能源浪费。•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行，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台可以应用高压变频。•一座高炉需配备风机、水泵、冲渣泵等10台，都可配备高压变频器。•一条5000吨/天的水泥生产线，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结构采用IGCT/SGCT的电流源型电流源型–AB公司优点：①易于控制电流，便于实现能量回馈和四象限运行②容易实现旁路控制功能，在装置出现故障时不影响电网运行③结构简单，使用的功率器件少，使驱动和吸收电路简化缺点：①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②电流的谐波成分大，污染和损耗较大高压变频器结构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：①结构简单、体积小、成本低，使用功率器件数量最少（12只）②避免了器件的串联，提高了装置的可靠性缺点：①高次谐波对电网造成污染②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结构H桥级联型–R公司，完美无谐波优点：①采用技术成熟、价格低廉的低压IGBT组成逆变单元，通过串联单元的个数适应不同的输出电压要求②完美的输入输出波形，使其能适应任何场合及电机使用③由于多功率单元具有相同的结构和参数，便于将功率单元做成模块化④无需外加滤波器即可满足各国供电部门对谐波的严格要求⑤输入功率因数可达0.95以上，总体效率高达97%。缺点：①使用的功率单元及功率器件数量较多，装置的体积较大②实现能量回馈和四象限运行困难，且成本较高③当电网电压和电机电压不同时，无法实现旁路切换控制H桥级联结构高压变频发展方向高性能—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密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基本实现替代进口，但高性能高压变频器目前国内使用的基本为进口产品。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，而通用变频器目前基本为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4.5～7.5亿左右。加上井下变频器的市场，煤炭行业是高压变频器新的蓝海。我们预计随着煤炭行业的进一步整合，实力雄厚的能源集团将更有能力与意愿投资变频器，矿井提升机用变频器未来每年的规模超过20亿元。高压,SVG行业合作伙伴IGBT的历史IGBT芯片构造的变迁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+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Δ18%/5yDiesizereductionIGBT模块构造的变迁PIM-CE+Solder-freeterminalEVK-seriesＮ-seriesEconoPackagePressfitpinpinSpringEconoPackage(RoHS,Solder-freeterminal)PrimaryscrewPKGStandardscrewtypePrimarysolderPKGEuropeanthinner&compactPKGCompact/Environment/solder-freePKG2ndGen.(L/F-series)Y19903rdGen.(N-series)Y19954~5thGen.(S,U-series)Y1998~20056thGen.(V-series)Y2008工业用模块的应用分布HPM3300V800-1500A(underdev.)DualXT,EP+Standard30mm-HEPXT,PCXT,IPMEasy1/2B&Smart(plan)HPM1200V600-3600A1700V600-3600APrimePACKTM1200V600-1400A1700V650-1400APrimePACKTMisregisterdtrademarksofInfineonTechnologyAG,GermanyV系列的基本概念1更高的性能2更方便使用采用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，改善芯片布局，进一步降低热阻提高最大结温，Tj(max)=175oC175oCUL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，标准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V-100A,150AV-75AandsmallerPossiblyHighPowerU-IGBTSourceX-3X4-75AandsmallerX4-100,150A25%小形化と損失低減を両立!!V系列：软关断ConventionalCH1VCE:200V/divCH2IC:25A/divCH3VGE:20V/divVDC=900V,2xIcIntentionallylargeL-strayV-IGBTV系列：更好的Rg可控性Trench-A100ns7.7W40W-BVRG増加V通过外接门极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，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干扰问题尚未解决的情况下，需要使开通时的电流、电压缓慢变化（软开通）。因此，必须通过门极电阻Rg来调整开通时的电流、电压变化率。第六代V系列IGBT产品，通过门极电阻Rg可以轻松地控制开通速度。下图显示了在1/10的额定电流下，改变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，通过改变门极电阻，使开通产生的反向恢复dv/dt发生极大的变化。因此，在V-IGBT中可通过门极电阻Rg轻松地控制电流、电压变化率。在设计时，通过选择合适的门极电阻Rg，可以得到最佳的EMI干扰和开关损耗的折衷特性。25kV/s2kV/s4kV/s7kV/s12kV/sLargeRGSmallRGV-IGBT1200V/75ATj=25deg.C25kV/s2kV/s4kV/s7kV/s12kV/sLargeRGSmallRGV-IGBT1200V/75ATj=25deg.CEMI特性改善在通过Rg改善开通速度可控性的同时，要注意EMI干扰与开通损耗的折衷关系。下图：作为EMI干扰主要原因的反向恢复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。0510152025306080100120140160180200220240Turn-onenergy[J/A]RecoverydV/dt[kV/sec]EON:VCC=600VIC=RatedTj=125deg.CdV/dt:VCC=600VIC=1/10ratedTj=25deg.CV-IGBTConventionalIGBTV系列：低浪涌电压VDC=600V800V900V1000VX4VVpeak=784VVpeak=768VD16V1020V964VD56V1168V1060VD108V1252V1152VD100VVDC≧900V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=2.2Ω6008001000120014001600180020000.1110100Vcep[V]Rg[Ω]2MBI1000VXB-170-50V系列：低热阻封装（优化布局）以前的封装V系列封装Hotspots低热阻均温分布避免热量过于集中以前：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）ExampleofEP2,3XTV-PIM提高功率循环寿命Copperbaseplate(c)(b)(a)Mode1:热应力(a)热机械应力导致焊锡结合处产生裂缝(b)铝线脱落（芯片部分）Mole2:机械损坏(c)铝线脱落(端子部分）Mode3:腐蚀(d)铜箔之间的绝缘受损(d)DCBsubstrateCasePowerchip(IGBT/FWD)Al-bondwireTjPowercycleTcPowercycleΔTc功率循环寿命比较Candidateidea;tbd.infuture1.E+031.E+041.E+051.E+061.E+0730405060708090DTc(oC)No.ofcycles30405060708090富士(标准模块）DTc功率循环寿命:16,000cyat80deg.CI社标准模块(Cu)Al2O3+Cu底板Al2O3+Cu富士New2in1I社品（富士試験）DTc(oC)I社PrimePACK富士模块具有更高的可靠性。DatafromInfineonwebsite1200VIGBT4-HighPower-anewTechnologyGeneration(ed_pcim06_1200VIGBT4-HighPower-anewTechnologyGeneration.pdf)富士Tjmin=25oC富士Tjmax=150oCFujiExperimentalresults,notofficialguaranteeΔTj功率循环寿命比较富士模块具有更高的可靠性。Testconditions;-40oC(1HR)~RT(0.5H)~125oC(1H)300cycles后一般的无铅焊锡富士使用的无铅焊锡焊锡裂缝Candidateidea;tbd.infuture规格书概略例子：1200V/200A2in1模块绝对最大值一般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结构，易受静电击穿；因此需要采取必要的防静电措施。注：门极防静电能力小于1kV。千万不能在无任何防静电措施下用手触摸门极。允许的最大连续电流允许的最大损耗值=(Tjmax-25℃)/Rthjc_IGBT允许的最高结温（工作结温往往推荐25℃降额）推荐安装力矩，并非最大值陶瓷基板ＤＣＢ提供绝缘能力，将底板和芯片进行隔离不要使用跌落后的模块（陶瓷基板可能碎裂从而导致电击的危险）规格书概略-一般电气特性注：关注不同结温下电气特性中的最小、最大值IGBT开通的最小门槛值如果电路误动作，门极电压超过VGE(th)，IGBT将会误开通规格书曲线读