Düşük güçlü sürücüler için "güç faktörü düzeltmesi + inverter" IPM'si yalnızca 21 mm x 36 mm boyutundadır
Düşük güçlü sürücüler için optimize edilmiş yeni bir güç faktörü düzeltme türü (PFC) + inverter IPM (Akıllı Güç Modülü) ortaya çıktı. Bu, tek bir minyatürleştirilmiş DIL (çift sıralı) iletim kalıplı paket kullanan, SOI'li (yalıtkan üzerinde silikon) bir kapı sürücüsünde entegre üç fazlı bir invertör ve tek yükseltmeli PFC aşamadır.
Bu yeni IPM ile sistemin boyutu ve maliyeti büyük ölçüde azaltılabilir.
Genel Bakış
Yeni IPM'nin dahili devresi bir invertör aşaması ve bir PFC aşamasından oluşur. Üç fazlı invertör aşaması, altı adet 600V dereceli TRENCHSTOPTM IGBT'ye ve altı verici kontrol diyotuna ve ayrıca sıcaklık izleme için entegre bir önyükleme devresi ve termistör sağlayan bir SOI geçit sürücüsü IC'ye sahiptir. PFC aşaması, 650V dereceli bir TRENCHSTOPTM IGBT ile hızlı ve yumuşak anahtarlama özelliklerine sahip hızlı anahtarlamalı bir verici kontrol diyotundan oluşur (Şekil 1).
Şekil 1: İç devre
Kesim maliyetleri
Toplam maliyeti en aza indirmek, yeni motor sürücüleri geliştirirken sistem mühendisleri için en önemli husustur. Yalnızca IPM'nin kendisinin malzeme maliyeti değil, aynı zamanda ısı emici ve PCB'nin malzeme maliyeti ve hatta ürün geliştirme için piyasaya sürülme süresi, toplam maliyetin hesaplanmasında ana faktörlerdir.
Minyatürleştirilmiş transmisyon kalıplı paket (paket boyutu ve yapısı)
Yüksek derecede entegrasyona sahip yeni IPM paketi Şekil 2'de gösterilmektedir. Yeni IPM, kompakt boyutlu Infineon Teknolojisi CIPOSTM (Kontrol Entegre Güç Sistemi) küçük paketini benimser, boyut olarak yalnızca 21 mm x 36 mm x 3,1 mm Yeni IPM, UL sertifikası (UL 1557 Dosya E314539) ve RoHS standartları ile uyumludur.
Şekil 2: Dış görünüm
İyi termal iletkenliğe sahip substrat DCB (Direct Copper Bonding) teknolojisini kullanır ve yüksek termal performansa sahip substrat üzerinde kullanılır. Şekil 3, yeni IPM'nin enine kesitsel bir görünümünü göstermektedir Paketin ısı transfer kapasitesinden tam olarak yararlanmak için IGBT'ler ve diyotlar gibi tüm büyük ısı kaynakları DCB'ye kurulur. Bu nedenle, paket boyutu çok kompakt olsa bile, yeni IPM, 3kW'a kadar motor sürücüleri için mükemmel bir çözüm olabilir.
Şekil 3: Kesit görünümü
Soğutucu ve PCB boyutu
Tüm güç yarı iletken bileşenleri (köprü doğrultucular, PFC için ayrı IGBT'ler, ayrı güçlendirme diyotları ve motor sürücüsü için IPM'ler gibi) genellikle ısı dağılımını kolaylaştırmak için bir soğutucuya monte edilir. Şekil 4, azaltılabilen PCB ve ısı emici boyutunu gösterir ve ayrı güç yarı iletkenlerini ve sürücülerini tek bir pakete entegre ederek montaj işlemi basitleştirilebilir.
(a) Ayrık PFC ve inverter IPM çözümleri
(b) Yeni IPM çözümü
Şekil 4: Radyatördeki kurulum yapılandırması
(bir ön)
(b geri)
Daha hızlı geliştirme (referans panosu, Şekil 5 ve Şekil 6)
Yeni devre tasarımı, çizim ve PCB bileşenleri, sistem geliştirme sürecinde çok zaman alır. Bu süreçte harcanan zamanı azaltmak ve yeni IPM'nin motoru çalıştırıp çalıştıramayacağını hızlıca belirlemek için bir referans kartı geliştirildi. Motoru çalıştırmak için en küçük çevre birimleri devre kartına takılabilir.PWM sinyalleri, +5 / + 15V DC güç kaynağı, PFC indüktörler, DC bağlantı elektrolitik kapasitörler gibi diğerleri, devre kartının dışından teller aracılığıyla referans kartına bağlanabilir.
Şekil 5: Referans panosu yapısı
Şekil 6: Referans panosunun uygulama örneği
650V dereceli PFC sınıfı
Infineon Technologies, PFC IGBT'lerinin özelliklerine göre iki ürün geliştirmiştir: Tablo 1'de listelendiği gibi, 20kHz anahtarlama frekansına sahip High Speed 3 (HS3) ve 40kHz anahtarlama frekansına sahip TRENCHSTOPTM 5 (TS5). Infineonun hızlı yayıcı kontrol diyodu, bir PFC topolojisinde destek diyotu olarak TRENCHSTOPTM IGBT ile çalışmak üzere optimize edilmiştir. İletim kaybını azaltmak için düşük VF ve IGBT Eon'unu azaltmak için düşük Irr'yi birleştirir. Tüm güç cihazlarının 650V nominal voltajı vardır ve kararsız AC güç şebekelerine daha yüksek güvenilirlik ve dayanıklılık sağlar.
Tablo 1: Ürün yelpazesi, derecelendirmeler ve hedef anahtarlama sıklığı
İnverter aşamasının özellikleri
İnvertör aşaması, çeşitli inverter güvenli çalışma işlevlerine sahiptir. Bu işlevler, sağlam bir SOI kapı sürücüsü ve termistör ile elde edilebilir.
VBS = 15V olduğunda, sinyal iletimi -11V'a kadar negatif VS potansiyeline izin verir
Entegre rehberlik işlevi
Tüm kanallar düşük voltaj kilitlenebilir
Çapraz iletimi önleyin
Koruma sırasında altı anahtarın hepsini kapatın
Aşırı akım kapatma
Sıcaklık monitörü
Aşırı akım koruması
Yeni IPM, ITRIP pininin voltajını izler Voltaj VIT, TH + (ileri eşik voltajı) değerini aştığında, hata sinyali etkinleştirilir ve altı IGBT'nin tümü kapatılır. Maksimum aşırı akım kesinti seviyesi genellikle anma kollektör akımının iki katından daha azına ayarlanır.
Şekil 7: Aşırı akım koruma programı
Aşırı sıcaklık koruması
Aşırı sıcaklık koruma fonksiyonu için, termistör IPM'ye entegre edilmiştir. Direnç genellikle 25 ° C'de 85 k ve 100 ° C'de 5,4 k'dur (Şekil 8).
Şekil 8: Termistör ve sıcaklık arasındaki ilişki
Şekil 9'da gösterildiği gibi, VFO pini doğrudan mikrodenetleyicinin ADC'sine ve arıza tespit terminaline bağlanır çünkü termistör açık bir tahliye konfigürasyonu ile arıza çıkış terminaline paralel olarak bağlanır. Örneğin, kaldırma direnci R1 yaklaşık 100 ° C'de 3.6k olduğunda, VFO voltajı Vcrt = 5V olduğunda 2.95V (tipik değer) ve Şekil 10'da gösterildiği gibi Vcrt = 3.3V olduğunda 1.95V'dir.
Şekil 9: Aşırı sıcaklık koruma devresi
Şekil 10: VFO voltajı ve sıcaklık arasındaki ilişki
Termal değerlendirme
Şekil 11, 2kW giriş gücünün ısıl performansını değerlendirmek için kullanılan test sisteminin çalışma durumunu gösteren test devresi ve ölçüm dalga biçimidir. Çalışma koşulu PFC denetleyicisi = ICE2PCS05G, giriş gücü PIN = 2kW, AC giriş voltajı VIN = 220V / 60Hz, DC bağlantı voltajı VDC = 400V, invertör anahtarlama frekansı = 5kHz, PFC anahtarlama frekansı = 20kHz, RL yükü (R = 13.75, L = 2.96mH, güç faktörü = 0.99), MI = 0.69, kapı direnci Rg = 5.1, ortam sıcaklığı Ta = 25 . Test edilen cihaz IFCM15S60GD, giriş gücü faktörü yaklaşık 0.995 ve THD yaklaşık% 9.78'dir.
(a. Test devresi)
(b. Dalga Formu)
Şekil 11: Yeni IPM'nin test devresi ve dalga formu
PFC IGBT konumu altındaki kasa sıcaklığı, inverter bileşenlerinden daha yüksek olan yaklaşık 67,5 ° C'lik en yüksek noktadır. IFCM15S60GD, 2kW'dan fazla gücü işlemek için yeterlidir.
(a. Sıcaklık ölçüm noktası)
(b. Sıcaklık tablosu)
Şekil 12: Yeni IPM'nin (IFCM15S60GD) sıcaklık ölçüm noktaları ve test sonuçları
sonuç olarak
Yeni akıllı güç modülü, iç mekan klimaları gibi değişken hızlı motorlarla çalıştırılan invertörler ve PFC topolojileri için en iyi çözümdür. Infineon Technologies, gerekli tüm teknolojilere sahiptir ve müşterilerine sistem boyutunu, toplam maliyeti ve pazara sunma süresini en aza indirmek için kompakt ve verimli çözümler sunmayı taahhüt eder.
