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士兰IGBT模块在低压中大功率变频器上的多并联应用

摘要:本文主要介绍士兰IGBT芯片和模块的技术发展历程,以及在低压中大功率变频器并联应用的典型案例。

据国家能源局2020年公布的数据,全社会用电量75110亿千瓦时,如果节省5%,则可以节约用电近3755亿千瓦时,相当于3.7个三峡大坝的年发电量。从我国目前全社会用电结构中来看,工商业用户耗电量约占80%,其中电机耗电为用电终端中占比最大的部分,约占工业用电的75%,全国总耗电的60%。据统计,风机泵类等通过调速控制可节能30%~60%。

变频器除了节能应用以外,还可以调节电机的转矩极限,调整电机的停止方式,减少系统的机械传动部件,使整个传动系统启动时需要的功率更低,启动电流更小,对电网的冲击更小,还可以轻松实现加速功能,精确控制速度,如下图1所示的各种中大功率变频器的应用。

士兰IGBT模块在低压中大功率变频器上的多并联应用

图1 变频器的不同行业应用


国内外变频器制造商提供了多种电压等级的产品,低压产品有200V、400V(380V)、440V、600V、480V、500V、550V、575V、600V、660V、690V、950V等系列。低压产品中,中大功率范围很广,电压型变频器单机目前可做到710kW,电流型变频器可以做到6000kW以上。

对于低压变频器的拓扑都比较单一,主回路主要有以下两种:一种为不可控整流+制动+全桥三相逆变(如下图2);另外一种是PWM整流+制动+全桥三相逆变的四象限结构。对低压大功率变频器的应用,士兰微电子提供了三种不同封装的IGBT模块,兼容不同电流、不同结构安装的需求。


士兰IGBT模块在低压中大功率变频器上的多并联应用

图2 低压变频主回路拓扑


士兰微电子从2014年开始研发、生产和销售低压变频器用IGBT模块,至今已有七个年头。目前,士兰微电子应用在变频器领域的IGBT模块电压覆盖从600V到1700V,电流从10A到1400A,分别包括士兰型号的A1系列,A3系列,A5系列,A6系列,A8系列,B4系列,E1系列,E2系列,D1系列等等,门类齐全,兼容主流封装。

对于低压中大功率变频器,士兰微电子提供A1、A3、B4三个系列的IGBT模块(如下图3所示),分别对应国际主流34mm,62mm和econdual封装,电流覆盖100A、200A,300A、450A、600A等。

士兰IGBT模块在低压中大功率变频器上的多并联应用

图3 士兰量产应用中大功率变频器的IGBT模块不同规格

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经过几年持续的产品完善,士兰微电子IGBT模块已广泛应用在中大功率工业变频的各个细分行业应用,如冶金、港机、起重、岸电、市政、化工、建材、矿业、造纸、测功机、EPS等行业变频器上,产品经过终端春夏秋冬的不同工况条件考验,在客户端取得了良好的口碑。

中大功率变频器对IGBT模块的电性能、封装、材料、工艺及长期运行可靠性要求极高,为确保客户能顺利使用,需要对大量终端恶劣工况及复杂使用环境进行深入现场分析。


典型案例:煤矿提升机变频器

士兰IGBT模块在低压中大功率变频器上的多并联应用

基于以上分析结果对IGBT模块完成优化后,产品还需严格按照IEC\MIL-STD\JEDEC等国际标准进行模块成品级可靠性验证。在出货前,每颗产品都需进行全参数的出厂测试(例如动静态测试、双脉冲测试、短路测试等等)。


目前,士兰产品已成功导入国内标杆变频器品牌客户,并已批量生产。随着士兰IGBT模块产品种类、电流等级的持续丰富,士兰微电子和行业伙伴的合作愈发紧密。在日前整条产业链产能吃紧的情况下,士兰微电子的供货保障能力优势凸显,自建的8吋生产线及2021年开始爬坡量产的12吋芯片工厂,能够最大限度地保证供货的稳定性和产品的竞争力。

士兰IGBT模块在低压中大功率变频器上的多并联应用

士兰IGBT模块在低压中大功率变频器上的多并联应用

士兰IGBT模块在低压中大功率变频器上的多并联应用

图4 客户应用案例


士兰作为国内少数的IDM企业之一,拥有5吋、6吋、8吋、12吋等多座硅芯片制造工厂,以及投资数亿建立的全套车规级IGBT模块封装工厂。从不同行业系统应用的研究、芯片设计、封装设计到芯片生产、封装生产等,IGBT模块组成的核心技术均由士兰微电子独立完成。

从2008年士兰微开始研发IPM用600V的 IGBT芯片,至今已有超过十年的IGBT技术积淀。士兰微电子也已通过了ISO9001、ISO45001、ISO14001、IATF16949、QC080000等质量认证体系,良好稳定的产品品质获得国内外知名企业的认可。

来源:杭州士兰微电子股份有限公司



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