IGBT-Module für Wechselstrommotoren
Antrieb leicht gemacht
Fortsetzung des Artikels von Teil 2
Vorteile des Modulansatzes
Ein Vergleich der technischen Daten von DIP-CIB und DIP-IPM macht deutlich, dass bei einer dreiphasigen Anwendung mit höheren Strömen das DIP-CIB Vorteile durch die neuere Chiparchitektur bietet. Für geringeren Strombedarf besticht jedoch das DIP-IPM durch den hohen Integrationsgrad und den kompakteren Aufbau. Bei einem 600- V-Modul beispielsweise liegt der typische Wert für VCE(sat) bei 1,8 V. Hier werden die DIP-CIB jedoch mit höheren Stromwerten angeboten. Bei einem 1200-V-Modul liegt der Wert für VCE(sat) beim DIP-IPM bei 2,5 V beziehungsweise beim DIP-CIB mit vergleichbarer Stromstärke bei 1,8 V. Die Schaltfrequenz der DIP-IPM Familie liegt bei 15 kHz.
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Durch die integrierten Funktionen bieten solche Module eine ganze Anzahl von Vorteilen gegenüber einem diskreten Aufbau:
- ein Modul ersetzt zehn oder mehr diskrete Bauteile, was Kosten in der Logistik und der Lagerhaltung spart (Bild 4),
- der Fertigungsprozess lässt sich verbessern, denn es müssen nicht mehrere Bauteile bestückt und voneinander isoliert aufgebaut werden,
- der Platzbedarf sinkt, da der Integrationslevel und die Kompaktheit des Endgerätes erhöht werden,
- geringe Gesamtkosten, denn die Module werden im »Transfer Mold Process « gefertigt, der auch zur Herstellung diskreter Bauteile verwendet wird und
- erhöhte Funktionssicherheit und Zuverlässigkeit, da beim DIP-IPM IGBTs und HV-ICs zusammen
- entwickelt und zu 100% in der Fertigung bei Mitsubishi getestet werden.
Das DIP-IPM wandelt eine bereits extern gleichgerichtete Zwischenkreisspannung, die je nach Modultyp 330 V (230-V-Netz, Sperrspannung 600 V) beziehungsweise 540 V (380-VNetz, Sperrspannung 1200 V) betragen darf, in eine dreiphasige Wechselspannung (U,V,W) um. Neben sechs IGBTs (Dreiphasen- Vollbrücke) enthält das Modul noch die komplette Treiberschaltung für die Leistungsschalter sowie diverse Schutzbeschaltungen (Bild 2). Demgegenüber ist im DIP-CIB der Eingangsgleichrichter bereits integriert, sodass es direkt mit dem Drehstrom versorgt werden kann (Bild 3).
Ein HV-IC (Hochspannungs- IC) mit integriertem Level- Shifter steuert die IGBTs der High-Side an. Im DIP-IPM sind die HV-ICs integriert, beim DIP-CIB als externer Schaltkreis verfügbar. In beiden Fällen bekommen die Treiber der High-Side die benötigte Leistung aus Bootstrap-Kondensatoren, die möglichst dicht an dem DIP-IPM beziehungsweise dem HV-IC platziert sein müssen. Zur Versorgung der gesamten Treiberschaltung reichen einmalig 15 V Versorgungsspannung aus. Immer wenn ein IGBT auf der Low-Side leitend ist, lädt sich der entsprechende Kondensator zur Versorgung der High-Side-Treiber auf. Damit dies regelmäßig erfolgt, wird bei dieser Beschaltung ein rotierender Betrieb vorausgesetzt. Wer keine Bootstrap- Kondensatoren einsetzen möchte, kann die Treiber- ICs natürlich auch mit 4 x 15 V (3 x 15 V für die High-Side und 1 x 15 V für die Low-Side) galvanisch getrennt versorgen.
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