»Intelligente« Powermodule Niedrigere Verluste

»Intelligente« IGBT-Module kommen vor allem in der Antriebstechnik vor. Ein klassischer Zielkonflikt ist die Abwägung zwischen Schalt- und Durchlassverlusten. Eine neue Modulserie hat ein Fünftel weniger Verluste als ihre Vorgängerbaureihe.

Um den Wirkungsgrad von Stromrichtern für Motorantriebe und Stromversorgungen zu erhöhen, hat Mitsubishi Electric die »V1«-Serie »intelligenter« Leistungshalbleitermodule (IPMs) entwickelt. Sie eignen sich für Anwendungen im oberen kW-Bereich und werden in den Baugrößen von 200 A, 300 A und 450 A bei 1200 V Sperrspannung sowie 400 A und 600 A bei 600 V angeboten. In der V1-Serie kommen beispielsweise ein neuer Full-Gate-CSTBT-Chip (carrier stored trench-gate bipolar transistor) sowie ein neu entwickeltes Kontroll-IC zum Einsatz.

Der Kurzschlussschutz erfolgt durch Erfassen des Stroms unmittelbar im IGBT-Chip durch so genannte Stromspiegel-Emitter. Dadurch soll sich die im IGBT-Chip umgesetzte Kurzschlussenergie im Vergleich zum herkömmlichen Entsättigungsverfahren erheblich reduzieren. Den so gewonnenen zusätzlichen Freiheitsgrad bei der Auslegung der IGBT-Chips hat der Hersteller genutzt, um den klassischen Zielkonflikt zwischen Schalt- und Durchlassverlusten weiter in Richtung kleinerer Verluste zu verschieben.

Durch die Verwendung der speziell für den IPM-Einsatz konzipierten Full-Gate-CSTBT-Chips und weitere Verbesserungen im internen Modulaufbau konnte die Sperrschichttemperatur gesenkt und eine höhere Lastwechselfähigkeit erzielt werden. Im Vergleich zu der Vorgängerbaureihe sind die Verluste um etwa 20 Prozentgeringer. Die Sättigungsspannung der neuen 1200-VSerie liegt bei 1,85 V bei +125 °C. Die implementierten Schutzfunktionen sind: Kurzschlussschutz (SC), Schutz bei Unterschreiten der 15-V-Versorgungsspannung (UV) und Übertemperaturschutz (OT). Die Besonderheit des Übertemperaturschutzes besteht darin, dass der OT-Sensor monolithisch in den IGBT-Chip integriert ist. Hierdurch reagiert der Übertemperaturschutz deutlich selektiver, verglichen mit der konventionellen Überwachung der Bodenplattentemperatur, zum Beispiel mittels NTC.