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英飞凌FF1800R17IP5具备高功率密度、高可靠性和长

作者:lol菠菜 发布时间:2020-11-18 05:02 点击:

  2020年,中国以及全球海上风电进入快速增长期,新一轮的海上风电竞赛越发激烈,SGRE歌美飒凭借14MW机型刷新了单机最大功率记录(GE:12MW),MHI-Vestas 三菱维斯塔斯也推出10MW,另外,据公开信息,设计功率高达18MW的海上风机也已曙光初现。放眼中国,本土整机厂商的步伐也从未停歇,8到10MW的机组层出不穷,例如:金风科技和上海电气的8MW样机已经投入运行。

  与陆上风电相比,海上风电的生存环境更恶劣、可达性更差、运维成本更高,所以故障停机导致的损失也远高于陆上。就变流器现场验证而言,海上风电的试错机会更少,有长期可靠性风险的产品一旦批量列装,其对整机商和业主带来的损失难以估量。

  因此,变流器作为能量变换的核心,必须具备更高的可靠性。减少IGBT模块及其部件(适配板、连接线缆及接插件、散热器并联流道)的数量,以简化变流器的功率组件设计可以提升变流器的可靠性。

  由于大功率海上风机的变流器几乎都是全功率变流器,需要多个IGBT模块并联。并联的数量取决于IGBT模块的电流等级。电流等级越大,需要的数量越少,系统设计也越简洁,可靠性也越高。那么10MW+/690V级的风电变流器得用多少个IGBT模块?100+,200+,还是300+?这么多的模块数量是否会造成系统可靠性的几何级数下降?

  英飞凌第五代大功率IGBT模块的旗舰产品——FF1800R17IP5(1800A/1700V,如图1所示)可完美解决这种焦虑。FF1800R17IP5具备高功率密度(减小变流器体积)、高可靠性(降低运维成本)和长PC寿命(PC是第四代产品的几十倍,尤其适用于直驱和双馈机组,降低运维成本)。

  通过仿线MW、108个实现18MW,详细分析见下文。如果用其他更小电流等级的IGBT模块实现10MW或者15MW,数量至少要加倍,比如用120个FF1000R17IE4、180个FF600R17ME4或者 240个FF450R17ME4也可以实现10MW。如果风机功率增加到15MW,模块的数量会更加悬殊,详见图2。

  根据1MW全功率风电变流器的典型额定工况,用英飞凌的功率器件在线仿真平台IPOSIM初步评估FF1800R17IP5的结温。假定SVPWM调制,采用规格书中的、散热器热阻0.015k/W(一个IGBT+二极管开关)、冷却液温度45℃,其他参数见表1.

  基于以上评估结果,机侧最高结温122.5℃,网测最高结温114.4℃。和第五代大功率IGBT允许的175℃结温(可长期连续运行)相比,均有超过50℃的余量。为优化变流器系统的性价比提供了更多的灵活性,比如:

  大功率变流器通常采用模块化的设计方案,比如以单柜(功率等级1-3MW)或者功率组件(功率等级1-2MW)为基本单元,通过单柜并联或者功率组件并联的方式,实现变流器需要的功率等级。变流器模块化方案的特点是可以灵活拓展功率范围、减少物料种类、降低运维成本和提升系统的性价比。

  下面以1MW/690V功率组件为例,对4种IGBT模块的功率组件方案及其适配板、连接线缆及端子和散热器流道的总体数量进行对比,功率组件连接示意图见图4。

  FF450R17ME4和FF600R17ME4的电流等级较小,所以需要较多的模块并联。为了灵活调整并联数量,每个模块都通过单独的适配板、线缆和驱动核连接,这样适配板和线缆的数量随模块数量线的电流较大,所以可以减少并联数量。此外,由于辅助端子在模块的一侧,所以适配板的功能容易集成到驱动板上,从而省去了大量的适配板和连接线R17IP5多11倍和8倍。

  如果用上述组件方案实现10MW全功率变流器,不同方案之间的部件数量更悬殊,如表3所示。由此可见,方案FF1800R17IP5所用的模块和相关部件的数量最少,可以极致简化功率组件设计,极大减少系统的潜在故障点,是实现高可靠性功率组件和变流器的最佳选择。

  海上大功率风机(超大功率风机)要长期可靠的在恶劣的海洋环境运行,除了桩基、塔筒、发电机和叶片之外,深藏在风机内的变流器及其核心功率转换部件——IGBT模块,承载着每一度电能的变换,是决定整机可靠性的关键一环。

  FF1800R17IP5可以用最少的数量(与表3其他IGBT方案对比,IGBT及其相关部件数量减少1到10倍),实现更高可靠性的10MW+/690V风电变流器。英飞凌与您同行,助力中国海上风电大功率风机扬帆启航,创造属于自己的海上风电时代。

  英飞凌设计、开发、制造并销售各种半导体和系统解决方案。其业务重点包括汽车电子、工业电子、射频应用、移动终端和基于硬件的安全解决方案等。

  英飞凌将业务成功与社会责任结合在一起,致力于让人们的生活更加便利、安全和环保。半导体虽几乎看不到,但它已经成为了我们日常生活中不可或缺的一部分。不论在电力生产、传输还是利用等方面,英飞凌芯片始终发挥着至关重要的作用。此外,它们在保护数据通信,提高道路交通安全性,降低车辆的二氧化碳排放等领域同样功不可没。

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  120L2Q0是功率集成模块,包含一个T型中性点钳位(NPC)三电平逆变器,由两个80 A / 1200 V半桥IGBT组成,带有40 A / 1200 V半桥二极管和两个50 A / 600 V NPC IGBT,带有两个50 A / 600 V NPC二极管。模块还包含一个板载热敏电阻。 特性 优势 低VCESAT的高速1200V和650V IGBT 提高效率 预先应用热界面材料(TIM)的选项预先应用的TIM 更简单的安装过程 使用压入销和焊针的选项 模块安装过程的更广泛选择 应用 终端产品 太阳能逆变器 UPS逆变器 太阳能串逆变器 电路图、引脚图和封装图...

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  B120H3Q0是一款功率集成模块(PIM),包含一个双升压级,由两个50A / 1200V IGBT,两个20A / 1200V SiC二极管和两个用于IGBT的25A / 1600V反并联二极管组成。另外还包括两个用于浪涌电流限制的25A / 1600V旁路整流器。包括一个板载热敏电阻。 特性 优势 IGBT规格:VCE(SAT)= 1.77 V,ESW = 2200 uJ 具有低VCE(SAT)的快速IGBT以实现高效率 25 A / 1600 V旁路和反并联二极管 低VF旁路二极管,在旁路模式下具有出色的效率 SiC整流器规格:VF = 1.44 V 用于高速开关的SiC二极管 焊针和压合销选项 灵活安装 应用 终端产品 MPPT提升阶段 Bat tery Charger Boost Stage 太阳能逆变器 储能系统 电路图、引脚图和封装图...

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  一种快速,可靠的的安装方式。 特性 高效率 低传导损耗和开关损耗 高速场截止IGBT SiC SBD用作升压二极管 内置NTC可实现温度监控 电路图、引脚图和封装图

  65L4BT是一款PFCSPM®2模块,为消费,医疗和工业应用提供全功能,高性能的交错式PFC(功率因数校正)输入功率级。这些模块集成了内置IGBT的优化栅极驱动,可最大限度地降低EMI和损耗,同时还提供多种模块内保护功能,包括欠压锁定,过流关断,热监控和故障报告。这些模块还具有全波整流器和高性能输出SiC二极管,可节省更多空间和安装便利性。 特性 650 V - 50 A 2阶段具有整体栅极驱动器和保护的交错式PFC 使用Al2O3 DBC衬底的极低热阻 全波桥式整流器和高性能输出SiC升压二极管 用于温度监控的内置NTC热敏电阻 隔离评级:2500 Vrms / min 应用 终端产品 2相交错式PFC转换器 商用空调 工业电机 电路图、引脚图和封装图...

  NFCS1060L3TT 智能功率模块(IPM) PFC组合 600V 10A

  60L3TT是一个完全集成的PFC和逆变器功率级,包括一个高压驱动器,六个电机驱动IGBT,一个PFC SJMOSFET,一个用于整流器的PFC SiC-SBD和一个热敏电阻,适用于驱动永磁同步( PMSM)电机,无刷直流(BLDC)电机和交流异步电机。 IGBT采用三相桥式配置,为小腿提供独立的发射极连接,以便在选择控制算法时获得最大的灵活性。 特性 优势 在一个封装中采用PFC和逆变器级的简单散热设计。 保存PCB面积并简化装配流程 交叉传导保护 避免手臂短路输入信号不足 集成自举二极管和电阻器 保存PCB面积 应用 终端产品 电机驱动模块 电机控制系统 工业/通用控制系统HVAC 工业风扇电机 泵 洗衣机 电路图、引脚图和封装图...

  NFAP1060L3TT 智能功率模块(IPM) 600 V 10 A 带有先进的SIP封装

  60L3TT是一个完全集成的逆变器功率级,由高压驱动器,六个IGBT和一个热敏电阻组成,适用于驱动永磁同步(PMSM)电机,无刷直流(BLDC)电机和交流异步电机。 IGBT采用三相桥式配置,为低支路提供独立的发射极连接,在控制算法选择方面具有最大的灵活性。功率级具有全面的保护功能,包括跨导保护,外部关断和欠压锁定功能。连接到过流保护电路的内部比较器和参考电压允许设计人员设置过流保护电平。 特性 紧凑型44mm x 20.9mm单列直插式封装 内置欠压保护 交叉传导保护 集成自举二极管和电阻器 应用 终端产品 工业驱动器 泵 粉丝 Automationas 电路图、引脚图和封装图...

  NCP5304 MOSFET / IGBT驱动器 高压 高压侧和低压侧 双输入

  4是一款高压功率栅极驱动器,提供两路输出,用于直接驱动2个N沟道功率MOSFET或以半桥配置排列的IGBT。它使用自举技术确保正确驱动高端电源开关。驱动器使用2个具有交叉传导保护的独立输入。 特性 高压范围:高达600V dV / dt抗扰度±50 V / ns 栅极驱动电源范围为10 V至20 V 高低驱动输出 输出源/灌电流电流能力250 mA / 500 mA 兼容3.3 V和5 V输入逻辑 最多输入引脚上的Vcc摆动 两个通道之间的匹配传播延迟 带输入的阶段输出 具有100ns内部固定死区时间的交叉传导保护 在两个通道的Vcc LockOut(UVLO)下 Pin to Pin与行业标准兼容 应用 半桥电源转换器 全桥转换器 电路图、引脚图和封装图...

  1是一款高压功率栅极驱动器,提供两个输出,用于直接驱动2个N沟道功率MOSFET或以半桥配置排列的IGBT。它使用自举技术确保正确驱动高侧电源开关。 特性 高压范围:高达600V dV / dt抗扰度±50 V / ns 栅极驱动电源范围从10 V到20 V 高低驱动输出 输出源/灌电流电流能力250 mA / 500 mA 兼容3.3 V和5 V输入逻辑 输入引脚上的Vcc摆幅 两个频道之间的匹配传播延迟 内部固定Dea的一个输入d时间(650 ns) 在两个频道的Vcc LockOut(UVLO)下 引脚与引脚兼容行业标准 应用 半桥电源转换器 电路图、引脚图和封装图...

  3专门设计用作高功率应用的IGBT驱动器,包括交流感应电机控制,无刷直流电机控制和不间断电源。虽然设计用于驱动分立和模块IGBT,但该器件为驱动功率MOSFET和双极晶体管提供了经济高效的解决方案。器件保护功能包括选择去饱和或过流检测和欠压检测。这些器件采用双列直插和表面贴装封装,包括以下特性: 特性 高电流输出级:1.0 A源/ 2.0 A接收器 常规和感测IGBT的保护电路 可编程故障消隐时间 防止过电流和短路 针对IGBT优化的欠压锁定 负栅极驱动能力 成本有效地驱动功率MOSFET和双极晶体管 无铅封装可用 电路图、引脚图和封装图...

  NCP5106 MOSFET / IGBT驱动器 高压 高压侧和低压侧

  6是一款高压栅极驱动器IC,提供两路输出,用于直接驱动2个N沟道功率MOSFET或IGBT,采用半桥配置版本B或任何其他高端+低端配置版本A. 它使用自举技术确保正确驱动高端电源开关。驱动程序使用2个独立输入。 NCP5109 = 200V NCP5106 = 600V 特性 高压范围:最高600 V dV / dt抗扰度±50 V / nsec 栅极驱动电源范围为10 V至20 V 高低驱动输出 输出源/灌电流电流能力250 mA / 500 mA 兼容3.3 V和5 V输入逻辑 输入引脚上的Vcc摆动 匹配传播两个渠道之间的延迟 输入阶段的输出 适应所有拓扑的独立逻辑输入(版本A) 交叉传导保护机智h 100 ns内部固定死区时间(版本B) 在两个通道的Vcc LockOut(UVLO)下 Pin-to-Pin与行业标准兼容 应用 半桥电源转换器 任何互补驱动转换器(非对称半桥,有源钳位)(仅限A型)。 全桥转换器 电路图、引脚图和封装图...

  2是一款单片半桥栅极驱动器IC,可驱动工作电压高达+ 900V的MOSFET和IGBT.Fairchild的高压工艺和共模噪声消除技术可使高侧驱动器在高dV / dt噪声环境下稳定运行。先进的电平转换电路,可使高侧栅极驱动器的工作电压在V BS = 15 V时达到V S = - 9.8 V(典型值)。当V CC 或V BS 低于指定阈值电压时,两个通道UVLO电路可防止发生故障。输出驱动器的源电流/灌电流典型值分别为350 mA / 650 mA,适用于各种半桥和全桥逆变器。 特性 浮动通道可实现高达+900 V的自举运行 两个通道的源/灌电流驱动能力典型值为350 mA / 650 mA 共模dv / dt噪声消除电路 容许扩展负V S 摆幅至-9.8 V,以实现V CC = V BS = 15 V时的信号传输 10 V至20 V的V CC 和V BS 供电范围 双通道的欠压锁定功能 匹配传播延迟低于50 ns 内置170 ns死区时间 输出与输入信号同相 应用 照明 电路图、引脚图和封装图...

  3系列是一组高电流,高性能独立式IGBT驱动器,具有非反相输入逻辑,适用于中高功率应用,包括PTC加热器,EV充电器和其他汽车等汽车应用电源。通过消除许多外部组件,这些器件提供了经济高效的解决方案。器件保护功能包括Active Miller Clamp(用于NCV5703A),精确的UVLO,DESAT保护和漏极开路故障输出。这些驱动器还具有精确的5.0 V输出(适用于所有版本)和独立的高低(VOH和VOL)驱动器输出(仅适用于NCV5703C),便于系统设计。这些驱动器设计用于容纳宽电压范围的单极性偏置电源(以及NCV5703B的双极性偏置电源)。所有版本均采用8引脚SOIC封装,符合AEC-Q100标准。 特性 优势 IGBT米勒平台电压下的高电流输出(+ 4.0 / -6.0 A) 降低开关损耗并缩短切换时间 低VOH和VOL 完全增强IGBT 可编程延迟的DESAT保护 增强的可编程保护 活动密勒钳(仅限NCV5703A) 防止假门开启 应用 终端产品 DC-交流变频器 电池充电器 汽车PTC加热器 驱动程序 电机控制 电动汽车 电路图、引脚图和封装图...

  2是一款高电流,高性能独立式IGBT驱动器,具有非反相输入逻辑,适用于高功率应用,包括PTC加热器,EV充电器,动力总成逆变器和其他汽车电源等汽车应用。该器件通过消除许多外部元件提供了经济高效的解决方案。器件保护功能包括有源米勒钳位,精确的UVLO,EN输入,DESAT保护和漏极开路故障输出。该驱动器还具有精确的5.0 V输出和独立的高低(VOH和VOL)驱动器输出,便于系统设计。该驱动器设计用于适应宽电压范围的偏置电源,包括单极性和双极性电压。它采用16引脚SOIC封装。符合AEC-Q100标准。 特性 优势 降低开关损耗和缩短开关时间 低VOH和VOL 完全增强IGBT 活动密勒钳 防止伪门开启 可编程延迟的DESAT保护 增强的可编程保护 应用 终端产品 DC-AC逆变器 电池充电器 汽车PTC加热器 板载充电器 xEV充电器 汽车动力总成逆变器 牵引逆变器 电动汽车 EV充电器 牵引 电路图、引脚图和封装图...

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