英飞凌IGBT在能源转换设备如逆变器中的应用

2010年10月22日 22:18:09人气：3299来源：上海九礼川贸易有限公司

随着世界各地的政府致力于提高可再生能源在zui终能源消耗中的份额，可再生能源资源有明显的增长。但是，能源转换设备如逆变器不断把效率推向极限，对工程实现造成不少挑战。例如，交流太阳能逆变器除了因为采用没有经过优化的功率器件，而造成大的开关及通态耗损之外，还要面对重量和成本的问题。本届论坛演讲嘉宾IR公司正在关注这些技术挑战，其600V IGBT系列可以在不间断电源（UPS）和太阳能逆变器应用中，在高达3kW功率下，减少多达30%的功耗。这些新款的针对应用设计的器件，采用IR的场终止沟道技术来降低通态损耗和开关耗损，优化了20kHz开关，并降低了短路要求，提高了UPS和太阳能逆变器应用的功率转换效率。

与太阳能相比，风电是一种更加不稳定的能源，风的强度每分种都在变化，一天中风力也不一样，在一年四季中可能会面临高温、低温以及飓风。作为风能的变换和控制关键器件，IGBT模块会承受功率和温度的频繁变化，这会使IGBT寿命缩短。IEC60747定义了相关寿命参数，即功率周次和温度周次，这是IGBT模块的重要可靠性指标。

作为绿色能源领域的*，英飞凌公司一直致力于IGBT模块功率密度的提高。凭借十多年来在机车牵引中的IGBT模块经验，借助于第四代IGBT4芯片技术和对模块工艺的改进，其zui高工作结温从125度提高到了150度，使得系统能效比有显著提高，IGBT的寿命也大大增加，以满足风力发电和电动汽车等新应用领域需求。目前采用IGBT4芯片的英飞凌的IGBT模块功率周次比上一代产品在相同的工作条件下提高了5倍，新的封装形式如PrimePack™ 温度周次提高了7倍。

图1：英飞凌的PrimePack™ IGBT模块温度周次提高了7倍，非常适合风电应用。

除了为风电市场提供IGBT产品，英飞凌也有功能完善的系统组件STACK 产品，包括IGBT模块、驱动保护、滤波电容、直流母线、散热器等一系列逆变器功率单元。目前他们已成功地将这一产品引进中国，使得中国风电厂商自主逆变器开发速度大大提高，解决了风电供应链上zui大的瓶颈。

新型元器件应用大行其道——节能减排大势所趋

除了可再生能源应用，实现节能减排的“绿色”电子应用还包括节能交通、智能电网建设、普通电子产品的节能降耗等。这所有应用中，各种新型的IC、元器件、模块和配件将扮演重要的角色，它们都可以通过提高性能来推动节能减排。

德国伊萨拜棱辉特霍伊斯勒有限公司是一家具有五百多年历史的公司，拥有出色的电流电压检测、测量器件，可适用于极广的温度范围，为太阳能、风能基站提供高度的超小型电流检测应用。该公司还拥有属于世界上的高功率马达驱动、DC-DC转换器及低阻值精密的功率电阻，可为苛求安全稳定的混合动力汽车系统带来稳固保障。该公司将在本届论坛上带来“电力电子中精密电流测量的新方法”的主题演讲。

在演讲中，rer.nat. Ullrich Hetzler博士会提出一种新的分流技术，为1至5000A范围的电流实现低成本、极低阻值、高品质的分流。这种技术开辟了16位、0.1％、100kHz、TC10电流检测器的新天地。他还会详细介绍针对太阳能和风能发电站、高功率电机驱动、DC-DC转换器和像燃油喷射、动力转向和电动和混合动力汽车中的蓄电池电源管理等各种汽车应用的电流检测解决方案。

作为世界的电气保护专家，法雷肖马特一方面对可再生能源发电能够提供一揽子产品，以保护发电系统免受故障电流、浪涌、过热问题的损害；另一方面，还可保护UPS、动力系统和软启动器，这都有助于节约能源。本届论坛上，法雷肖马特专家的演讲主题是“太阳能光伏发电系统的电气保护”，将探讨有关太阳能光伏发电场安全运行的关键问题以及他们对于保护太阳能发电场电气设备的解决方案，并演示基本的保护概念，对如何选择zui合适的保护方案进行指导。听众还将分享到该公司在欧洲的成功经验和一些项目开展情况。

图2：法雷肖马特针对可再生能源发电的两大成功产品：半导体熔断器（左）和水冷盘（右）。

法雷肖马特广泛涉足风能、太阳能光伏发电、核能发电甚至电能存储行业，两个成功的产品系列就是半导体熔断器和水冷盘。其半导体熔断器符合zui高的行业标准，并拥有可靠的性能，凭借其保护功能，风轮机或太阳能发电场功率转换设备在运行期间保证安全。水冷盘将有助于半导体元器件控制过热和发热破坏，采用了定制的设计和的材料及制造工艺。

随着中国的城市发展速度加快，轻轨交通正越来越被政府部门纳入城市建设的议事日程，因此，电力机车、高速动车组和地铁车辆的需求将大幅度增加。上述车辆使用的主牵引变流器及辅助变流器为高压IGBT模块带来了高速增长的机遇。在电动汽车和混合动力汽车领域，中国“十城千辆”计划已于2009年2月启动，IGBT是发电机和马达驱动的关键器件。另外，无速度传感器轻轨机车交流牵引控制系统的开发对此也是一项促进。

混合和电动车辆的替代性驱动技术无疑是未来功率器件应用的必然的新兴市场领域。新能源汽车已经成为汽车工业的发展趋势。越来越多的厂商在这一领域投入更大的资源，希望获得更大的回报。

英飞凌的HybridPACK1和HybridPACK2的IGBT模块就是专为节能减排的HEV和EV而开发的。目前英飞凌和中国主要车厂都有项目正在进行，而主要的HEV配套厂，特别是电机驱动部分，都采用了英飞凌的功率模块。英飞凌的专家将就“功率半导体器件的开发趋势——高能效的实现技术”与会听众做一番交流。

参与本届论坛主题演讲的另一家重要厂商威世（Vishay）也与汽车制造商合作研制出了新型电动汽车，这款计划于2010年发布的电动汽车采用了Vishay的固态继电器、功率MOSFET、厚膜功率电阻、厚膜贴片式电阻、多层陶瓷贴片式（MLCC）电容器和其他Vishay器件。Vishay正与很多客户在替代能源领域展开合作，其在以上提到的太阳能、风能及混合动力汽车领域都拥有自己的独到方案及器件。Vishay在本次论坛上的演讲主题也将围绕提高能效——“在多相DC-DC转换中轻松实现>90% 的效率”。

关键词：逆变器太阳能逆变器功率器件 IGBT 不间断电源

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