英飛凌IGBT在能源轉(zhuǎn)換設(shè)備如逆變器中的應(yīng)用

2010年10月22日 22:18:09人氣：3306來源：上海九禮川貿(mào)易有限公司

隨著世界各地的政府致力于提高可再生能源在zui終能源消耗中的份額，可再生能源資源有明顯的增長。但是，能源轉(zhuǎn)換設(shè)備如逆變器不斷把效率推向極限，對工程實現(xiàn)造成不少挑戰(zhàn)。例如，交流太陽能逆變器除了因為采用沒有經(jīng)過優(yōu)化的功率器件，而造成大的開關(guān)及通態(tài)耗損之外，還要面對重量和成本的問題。本屆論壇演講嘉賓IR公司正在關(guān)注這些技術(shù)挑戰(zhàn)，其600V IGBT系列可以在不間斷電源（UPS）和太陽能逆變器應(yīng)用中，在高達(dá)3kW功率下，減少多達(dá)30%的功耗。這些新款的針對應(yīng)用設(shè)計的器件，采用IR的場終止溝道技術(shù)來降低通態(tài)損耗和開關(guān)耗損，優(yōu)化了20kHz開關(guān)，并降低了短路要求，提高了UPS和太陽能逆變器應(yīng)用的功率轉(zhuǎn)換效率。

與太陽能相比，風(fēng)電是一種更加不穩(wěn)定的能源，風(fēng)的強度每分種都在變化，一天中風(fēng)力也不一樣，在一年四季中可能會面臨高溫、低溫以及颶風(fēng)。作為風(fēng)能的變換和控制關(guān)鍵器件，IGBT模塊會承受功率和溫度的頻繁變化，這會使IGBT壽命縮短。IEC60747定義了相關(guān)壽命參數(shù)，即功率周次和溫度周次，這是IGBT模塊的重要可靠性指標(biāo)。

作為綠色能源領(lǐng)域的*，英飛凌公司一直致力于IGBT模塊功率密度的提高。憑借十多年來在機車牽引中的IGBT模塊經(jīng)驗，借助于第四代IGBT4芯片技術(shù)和對模塊工藝的改進，其zui高工作結(jié)溫從125度提高到了150度，使得系統(tǒng)能效比有顯著提高，IGBT的壽命也大大增加，以滿足風(fēng)力發(fā)電和電動汽車等新應(yīng)用領(lǐng)域需求。目前采用IGBT4芯片的英飛凌的IGBT模塊功率周次比上一代產(chǎn)品在相同的工作條件下提高了5倍，新的封裝形式如PrimePack™ 溫度周次提高了7倍。

圖1：英飛凌的PrimePack™ IGBT模塊溫度周次提高了7倍，非常適合風(fēng)電應(yīng)用。

除了為風(fēng)電市場提供IGBT產(chǎn)品，英飛凌也有功能完善的系統(tǒng)組件STACK 產(chǎn)品，包括IGBT模塊、驅(qū)動保護、濾波電容、直流母線、散熱器等一系列逆變器功率單元。目前他們已成功地將這一產(chǎn)品引進中國，使得中國風(fēng)電廠商自主逆變器開發(fā)速度大大提高，解決了風(fēng)電供應(yīng)鏈上zui大的瓶頸。

新型元器件應(yīng)用大行其道——節(jié)能減排大勢所趨

除了可再生能源應(yīng)用，實現(xiàn)節(jié)能減排的“綠色”電子應(yīng)用還包括節(jié)能交通、智能電網(wǎng)建設(shè)、普通電子產(chǎn)品的節(jié)能降耗等。這所有應(yīng)用中，各種新型的IC、元器件、模塊和配件將扮演重要的角色，它們都可以通過提高性能來推動節(jié)能減排。

德國伊薩拜棱輝特霍伊斯勒有限公司是一家具有五百多年歷史的公司，擁有出色的電流電壓檢測、測量器件，可適用于極廣的溫度范圍，為太陽能、風(fēng)能基站提供高度的超小型電流檢測應(yīng)用。該公司還擁有屬于世界上的高功率馬達(dá)驅(qū)動、DC-DC轉(zhuǎn)換器及低阻值精密的功率電阻，可為苛求安全穩(wěn)定的混合動力汽車系統(tǒng)帶來穩(wěn)固保障。該公司將在本屆論壇上帶來“電力電子中精密電流測量的新方法”的主題演講。

在演講中，rer.nat. Ullrich Hetzler博士會提出一種新的分流技術(shù)，為1至5000A范圍的電流實現(xiàn)低成本、極低阻值、高品質(zhì)的分流。這種技術(shù)開辟了16位、0.1％、100kHz、TC10電流檢測器的新天地。他還會詳細(xì)介紹針對太陽能和風(fēng)能發(fā)電站、高功率電機驅(qū)動、DC-DC轉(zhuǎn)換器和像燃油噴射、動力轉(zhuǎn)向和電動和混合動力汽車中的蓄電池電源管理等各種汽車應(yīng)用的電流檢測解決方案。

作為世界的電氣保護專家，法雷肖馬特一方面對可再生能源發(fā)電能夠提供一攬子產(chǎn)品，以保護發(fā)電系統(tǒng)免受故障電流、浪涌、過熱問題的損害；另一方面，還可保護UPS、動力系統(tǒng)和軟啟動器，這都有助于節(jié)約能源。本屆論壇上，法雷肖馬特專家的演講主題是“太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的電氣保護”，將探討有關(guān)太陽能光伏發(fā)電場安全運行的關(guān)鍵問題以及他們對于保護太陽能發(fā)電場電氣設(shè)備的解決方案，并演示基本的保護概念，對如何選擇zui合適的保護方案進行指導(dǎo)。聽眾還將分享到該公司在歐洲的成功經(jīng)驗和一些項目開展情況。

圖2：法雷肖馬特針對可再生能源發(fā)電的兩大成功產(chǎn)品：半導(dǎo)體熔斷器（左）和水冷盤（右）。

法雷肖馬特廣泛涉足風(fēng)能、太陽能光伏發(fā)電、核能發(fā)電甚至電能存儲行業(yè)，兩個成功的產(chǎn)品系列就是半導(dǎo)體熔斷器和水冷盤。其半導(dǎo)體熔斷器符合zui高的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，并擁有可靠的性能，憑借其保護功能，風(fēng)輪機或太陽能發(fā)電場功率轉(zhuǎn)換設(shè)備在運行期間保證安全。水冷盤將有助于半導(dǎo)體元器件控制過熱和發(fā)熱破壞，采用了定制的設(shè)計和的材料及制造工藝。

隨著中國的城市發(fā)展速度加快，輕軌交通正越來越被政府部門納入城市建設(shè)的議事日程，因此，電力機車、高速動車組和地鐵車輛的需求將大幅度增加。上述車輛使用的主牽引變流器及輔助變流器為高壓IGBT模塊帶來了高速增長的機遇。在電動汽車和混合動力汽車領(lǐng)域，中國“十城千輛”計劃已于2009年2月啟動，IGBT是發(fā)電機和馬達(dá)驅(qū)動的關(guān)鍵器件。另外，無速度傳感器輕軌機車交流牽引控制系統(tǒng)的開發(fā)對此也是一項促進。

混合和電動車輛的替代性驅(qū)動技術(shù)無疑是未來功率器件應(yīng)用的必然的新興市場領(lǐng)域。新能源汽車已經(jīng)成為汽車工業(yè)的發(fā)展趨勢。越來越多的廠商在這一領(lǐng)域投入更大的資源，希望獲得更大的回報。

英飛凌的HybridPACK1和HybridPACK2的IGBT模塊就是專為節(jié)能減排的HEV和EV而開發(fā)的。目前英飛凌和中國主要車廠都有項目正在進行，而主要的HEV配套廠，特別是電機驅(qū)動部分，都采用了英飛凌的功率模塊。英飛凌的專家將就“功率半導(dǎo)體器件的開發(fā)趨勢——高能效的實現(xiàn)技術(shù)”與會聽眾做一番交流。

參與本屆論壇主題演講的另一家重要廠商威世（Vishay）也與汽車制造商合作研制出了新型電動汽車，這款計劃于2010年發(fā)布的電動汽車采用了Vishay的固態(tài)繼電器、功率MOSFET、厚膜功率電阻、厚膜貼片式電阻、多層陶瓷貼片式（MLCC）電容器和其他Vishay器件。Vishay正與很多客戶在替代能源領(lǐng)域展開合作，其在以上提到的太陽能、風(fēng)能及混合動力汽車領(lǐng)域都擁有自己的獨到方案及器件。Vishay在本次論壇上的演講主題也將圍繞提高能效——“在多相DC-DC轉(zhuǎn)換中輕松實現(xiàn)>90% 的效率”。

關(guān)鍵詞：逆變器太陽能逆變器功率器件 IGBT 不間斷電源

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