在逆变器运行中提供更高能效，这款IGBT模块了解一下

【导读】制作商和生产者都在试图解脱对化石燃料动力的依赖，电气化打算也因此广受青眼。这关于包全环境、限度污染以及减缓破坏性的环球变暖趋向具备关键意义。电动汽车(EV)在环球日益遍及，泛滥企业纷繁入场，试图将商用和农业车辆(CAV)改形成由电力驱动。

制作商和生产者都在试图解脱对化石燃料动力的依赖，电气化打算也因此广受青眼。这关于包全环境、限度污染以及减缓破坏性的环球变暖趋向具备关键意义。电动汽车(EV)在环球日益遍及，泛滥企业纷繁入场，试图将商用和农业车辆(CAV)改形成由电力驱动。但是，这种转变使得电能需求极速增长，给电网带来了极大的压力。虽然能效很高，但电动汽车、数据核心、热泵等运行仍须要少量动力才干运转。太阳能、风能、波浪能等新型可再活泼力遭到宽泛欢迎，正逐渐成为干流。只要齐全经常使用可再活泼力的运行，才干被视为真正的“清洁”运行。太阳能市场曾经开展多年，相对成熟。Fortune Business Insights 的报告显示，目前太阳能市场规模估量为2730亿美元，到2032年有望增长到4360亿美元。2023年，北美太阳能市场占比超越了40%。可再活泼力运行中的电源转换应战太阳能发电量正在迅速增长。国内动力署(IEA)的数据标明，2022年，太阳能发生的电力比上一年度增长26%，到达1300 TWh。这标记着太阳能发电已逾越风电，成为最大的可再生电力起源。太阳能光伏(PV)板发生直流电(DC)，而电网须要交换电(AC)，因此中央光伏逆变器是大型并网装置无法或缺的一局部。光伏板发生的一切能量都会经过逆变器，因此逆变器效率具备关键影响。虽然太阳能取之不尽，用之不竭，但转换效率低下会造成保送到电网的能量十分有限。环节中所糜费的能量会转化为热量，进而又会形成严厉应战，由于许多太阳能装置理论位于阳光充沛、温度较高的环境，如沙漠。老本也是十分关键的思考起因，可间接影响生产者的电费以及电力公司的盈利。为成功更高功率，许多中央逆变器并联经常使用多个转换模块，详细数量由每个模块的额外功率选择。每个模块功率容量越高，所需模块就越少，进而可以降落老本。虽然电动汽车曾经取得了长足提高，但CAV在向电力驱动转变方面仍停顿缓慢。CAV体型较大，每次行驶消耗的燃料和发生的排放也更多，虽然数量上仅占汽车总量的2%，但其温室气体排放量占交通运输排放总量的28%。虽然商用客运车（如公共汽车）的电动化曾经初见功效，但大少数大型卡车、修建机械和农业车辆（如拖延机）依然依赖柴油驱动。如今，状况开局出现变动。为到达欧盟、中国和美国加州等环球市场严厉的零排放法规要求，估量到2030年，电动卡车（纯电和混合动力）销量占比将从目前的5%参与到40%-50%。相较于化石燃料商用车，电动商用车结构更方便，静止部件更少。在载重才干相反的状况下，电动车体积更小、牢靠性更高、保养关系老本更低。目前电池老本大幅降落，电动CAV的总领有老本曾经低于内燃机(ICE)车辆。与太阳能运行相似，效率也是电动CAV的关键要求。每辆车的电池电量有限，逆变器中转换环节的效率越高，车辆行驶距离就越长。或行驶雷同的距离所需的电量就更少。鉴于未来咱们对太阳能和电动CAV的依赖，牢靠性人造也就变得十分关键。面向逆变器运行的先进电源技术在三相太阳能光伏逆变器等的高功率运行中，三电平有源中性点箝位(ANPC)转换器是比拟经常出现的拓扑。这种多电平拓扑结构专门用于优化系统的性能和效率。个别中性点箝位(NPC)转换器经常使用二极管将直流链路电容的中性点衔接到输入端。在ANPC性能（图1）中，箝位由开关口头，因此能够改善控制、增加开关损耗并提高效率，并且能相应地增加对散热措施的需求，从而有助于成功尺寸更小、老本更低的打算。拓扑结构的安顿模式降落了各个开翻开的电压应力，从而提高了牢靠性。此外，ANPC还能成功对电网无利的波形。在逆变器运行中提供更高能效，这款IGBT模块了解一下设计工程师可以经过并联多个功率模块，例如安森美的QDual 3 IGBT 模块，创立高性能三电平有源中性点箝位模块，其系统输入功率可达1.6 MW 至1.8 MW。

QDual 3 模块集成了新一代1200 V 场截止7 (FS7) IGBT 和二极管技术，可为大功率运行提供更优秀的性能。与前几代产品相比，FS7技术清楚改善了导通损耗。

在逆变器运行中提供更高能效，这款IGBT模块了解一下在FS7 IGBT 工艺中，沟槽窄台面带来了低VCE(SAT)和高功率密度，而质子注入多重缓冲确保了持重性和软开关个性（图2）。安森美中速FS7器件的VCE(SAT)低至1.65V，实用于静止控制运行；而其FS7极速产品的EOFF仅57 µJ/A，是太阳能逆变器和CAV等高功率运行的现实选用。

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翻新型FS7技术使新型QDual3模块中的芯片尺寸比上一代增加了30%（图3）。这种小型化与先进的封装相联合，可以清楚提高最大额外电流。在上班温度高达150摄氏度的电机控制运行中，QDual3的输入功率为100 kW 至340 kW，比目前市场上的其余产品高出大概12%。牢靠性是太阳能和CAV运行的关键，因此模块的结构和测试模式至关关键。例如，目前有许多相似打算经常使用引线键合模式来固定端子，而安森美则选用驳回超声波来焊接模块。后者有助于增强电流承载才干，提供更优散热门路，并且比前者更为坚挺（图4）。在逆变器运行中提供更高能效，这款IGBT模块了解一下这种方法可以提高电导率，从而增加电力损失、优化效率。此外还能降落上班温度、增强机械刚度，以及提高模块的全体牢靠性。安森美的新型高功率QDual3技术公用QDual 3 半桥IGBT模块NXH800H120L7QDSG实用于中央太阳能逆变器、储能系统(ESS)、不连续电源(UPS)；而SNXH800H120L7QDSG则实用于CAV。这两款器件均基于FS7技术打造，VCE(SAT)和EOFF有所改良，进而降落了损耗、提高了能效。目前，若经常使用600 A IGBT 模块以ANPC/INPC架构来设计1.725 MW 逆变器，总共将须要36个模块。但是，若经常使用额外上班电流为800 A 的新型NXH800H120L7QDSG和SNXH800H120L7QDSG，设计所需模块数量将增加9个。相应地，设计的尺寸、重量和老本将节俭25%。这关于太阳能运行和CAV运行来说都十分有价值，由于重量减轻和效率提高，将使得车辆行驶里程有所参与。图6：更大的电流才干允许经常使用更少的模块来构建系统这些模块蕴含用于热治理的隔离底板和集成的NTC热敏电阻，并允许经过可焊接引脚将模块间接装置到PCB上，驳回行业规范规划，有助于轻松将现有设计更新到新型QDual3技术。安森美的一切QDual3模块均经过严厉的牢靠性测试，其牢靠性水平超越市场上的其余同类器件。咱们的湿度测试要求产品接受960V偏压长达2000小时，而同类器件仅需接受80V偏压1000小时。振动测试关于CAV运行至为关键，咱们的产品在30 G 峰值/10G RMS 条件下启动了长达22小时的测试，可满足AQG324要求。其余器件则是在振动水平低至5 G 的条件下启动测试，继续期间短至1小时。总结全环球的可再活泼力经常使用率越来越高，电网正接受着渺小压力。太阳能发电曾经开展成熟，2022年更是超越风电，成为可再生电力的关键起源。虽然化石燃料驱动的车辆仍是关键的污染源，但CAV的电气化正在稳步推动，目前已初见功效。安森美FS7等新型半导体技术允许开发低损耗、大功率器件，以满足这些畛域的效率和牢靠性需求。基于这项技术，安森美的新型QDual3器件驳回紧凑封装，可成功高功率密度和杰出能效。焊接良好的端子和逾越业内其余器件的认证测试助力保证QDual3器件的持重性能。新一代NXH800H120L7QDSG和SNXH800H120L7QDSG模块电流才干高达800 A，得益于此，逆变器设计所需的模块可增加25%，并能够进一步简化设计、减小其体积、品质并降落老本。这无疑是一项严重停顿，安森美将继续潜心研讨FS7技术的高性能后劲，力图推出更多逾越现有规范的模块，从而满足太阳能行业和CAV制作商始终增长的需求。