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中车自主研发的大功率IGBT模块有什么用途

 共同成长888 2017-05-06
10月22日中车自主研发的6500V/200A的IGBT大功率模块主要是高铁列车和大功率机车上最神奇和关键的部件之一,直接影响着高铁列车是否能够瞬间起跑、舒适飞驰以及稳定停车。不同功率等级的电力设备,需要采用IGBT芯片及其封装而成的IGBT模块进行电能的转换和控制。比如在高铁列车上,电网2.5万伏的高压交流电经过降压、整流、逆变等方式转换成三相交流电,从而驱动列车奔跑。
 
   轨道交通主要是采用电力牵引的火车和地铁,其大功率交流传动电力机车内部构成有有两个重要的功率模块,即主牵引变流器和辅助变流器。主牵引变流器为牵引机车提供动力,功率最高、电压最大,工作条件最为严酷。辅助变流器为其他非动力电流供电,如空调、车灯、后备电源等,电压、功率相对较低,工作条件也相对较好。
      主牵引变流器需要3.3千伏或6.5千伏高压模块,辅助变流器所需的电压则相对比较低,1.7千伏模块就能满足。它们均需要选用牵引级IGBT模块,因为机车工作环境非常恶劣。牵引级IGBT是电子应用领域要求等级最高的IGBT,对可靠性和产品生命周期的要求极高。
 
   牵引级IGBT的功率高达1千万瓦,每个IGBT承受的最高电压可高达6.5千伏,标称电流高达600安。牵引级高压大功率IGBT的工作环境严酷,负载剧烈变化,对IGBT模块的寿命影响很大,这就需要采用特定的技术来提高器件的温度循环寿命和功率循环寿命。
 
   一般工业级IGBT功率模块的工作温度为125℃,但英飞凌(Infineon)的IHM/IHV-B系列牵引级IGBT功率模块的工作温度比常见工业级功率模块的工作温度高出25℃,达到150℃。提高25℃对于IGBT有两个好处:首先,增加了IGBT模块的输出功率能力,有利于提高模块输出功率的密度,进而使整个变流器的设计更为小巧。其次,提高牵引级IGBT的工作温度增强了功率循环能力,从而提高模块的可靠性和工作寿命。IGBT的输出电流主要受结温限制,芯片的温度限制了它的功率负荷。如果能够将结温提升就意味着IGBT可以输出更大的电流。而实现结温提升的方法有两种:一是降低IGBT的饱和电压,降低IGBT的损耗;另外一个手段就是提高模块的焊线工艺,提升它的可靠性和功率交变能力。提高IGBT的结温可以使客户获得更大的使用功率,还可以降低损耗,散热器温度和模块壳温也随之降低了,允许模块输出更大的电流,同时IGBT的可靠性提升大大延长了模块的使用寿命。

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