Hochleistungs-IGBT-Module
Gestiegene Erwartungen erfüllen
Fortsetzung des Artikels von Teil 2
Integration mit Treiber-Technologie
Die Verfügbarkeit optimal angepasster Treiber-Technologie wurde bei Mitsubishi Electric von Anfang an als ein wesentliches Element zur Erschließung des vollen Potenzials der Leistungshalbleiter-Bauelemente erkannt. Auch im Automotive-Bereich wurde parallel zum Fortschritt bei IGBT-Chips und -Modulen die Entwicklung zugeschnittener Treiber-ICs kontinuierlich vorangetrieben.
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Hier besteht insbesondere die Zielsetzung, die erzielbaren Vorteile für Schutzfunktionen und Modul-Performance optimal zu erschließen, die sich durch die bei aktuellen Chip-Generationen auf den IGBT-Dies integrierten Strom- und Temperatursensoren ergeben (Bild 4). Unter anderem lässt sich durch die Auswertung der Chip-Temperatur auf Treiber-Ebene das Schaltverhalten temperaturabhängig anpassen, was niedrigere Schaltverluste und damit höhere Effizienz über den gesamten Temperaturbereich ermöglicht. Mitsubishi Electric bietet für Automotive-Leistungsmodule abgestimmte Treiber-ICs und Design Support bei der Entwicklung eigener Treiber-Schaltungen.
Intelligente Leistungsmodule entwickeln
Für zeitkritische Entwicklungsvorhaben stellt Mitsubishi Electric auch für den Automotive-Bereich sein aus dem Motion-Control-Segment bekanntes Konzept der „intelligenten“ Leistungsmodule (Intelligent Power Modules, IPM) zur Verfügung. Diese ermöglichen durch eine direkte Integration der Treiber-Elektronik im Leistungsmodul-Gehäuse eine erhebliche Verringerung des kundenseitigen Aufwands für Layout und Konstruktion, mit entsprechenden Vorteilen bei der Verkürzung der Produkteinführungszeit. Automotive-IPM-Module stehen in der Spannungsklasse 650 V in verschiedenen Größen zur Verfügung und zielen auf typische Antriebsleistungen im Bereich 20 bis 100 kW ab (Reihe J-Series IPM). Speziell für Hochvolt-Antriebe mit 800–850 V Zwischenkreisspannung interessant ist das 500-A-Modul PM500CJG120G (Bild 5) mit 1200 V Nennspannung.
SiC als Zukunftstechnologie
Neben der ständig verbesserten Silizium-Chiptechnologie, deren Entwicklung konsequent fortgeführt wird, wird für die Zukunft an Leistungshalbleitern auf der Basis von Siliziumkarbid (SiC) gearbeitet. SiC verspricht als Halbleitermaterial mit großer Bandlücke eine Vielzahl von Vorteilen. Mitsubishi Electric hat mit grundlegenden Entwicklungen der SiC-Technologie bereits Anfang der 1990er Jahre begonnen und seither Vorteile von SiC-Modulen in Anwendungen wie der Bahntechnik demonstriert. Bereits 2010 wurde mit der ersten Volumenproduktion von Klimageräten mit Halbleitermodulen unter Einsatz von SiC begonnen.
Die rund zehnmal größere Durchbruchfeldstärke von Siliziumkarbid ermöglicht es, die Dicke der Drift-Schicht in der MOSFET-Strukur zu reduzieren, und über den geringeren Widerstand ließ sich die Verlustleistung senken. Der in etwa dreifach größere Bandabstand erlaubt den Einsatz von SiC-Bauelementen auch bei höheren Temperaturen und stellt damit geringere Anforderungen an das Kühlsystem.
Durch die Kombination dieser Eigenschaften verspricht man sich, besondere Vorteile im Vergleich zur Si-Technologie zu erreichen. So lässt sich beispielsweise bei vorgegebenem Bauraum eine höhere Leistung erzielen oder aber eine vorgegebene Leistung kann in einem deutlich kleineren Bauraum realisiert werden. Andererseits leistet die hohe Effizienz ihren Beitrag, die vorhandene Batteriekapazität für eine längere Fahrtstrecke zu nutzen oder die Fahrzeugbatterie kleiner und leichter zu dimensionieren – bei gleichem Aktionsradius
Die Autoren
| Dr. Michael Lampalzer |
|---|
ist Diplom-Physiker und seit 2005 für Mitsubishi Electric im Produktmarketing von Halbleiterbauelementen tätig. Seit 2011 liegt sein Fokus auf Leistungshalbleitern für den Automobilmarkt, den er aktuell seitens des strategischen Marketings betreut. |
| Dr.-Ing. Robert Lenke |
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ist Senior Sales Engineer Business Development bei Mitsubishi Electric Europe. Er betreut Kunden für Leistungsmodule und Treiber-ICs in den Sektoren Automotive und Automotive-Infrastruktur. |
- Gestiegene Erwartungen erfüllen
- Entwicklung der Aufbau- und Verbindungstechnik
- Integration mit Treiber-Technologie
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