富士 车载IGBT模块M653 系列6MBI800XV-075V-01应用手册

2018-04-28 23:30:36 westpac 0
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富士 车载IGBT模块M653 系列6MBI800XV-075V-01应用手册

目录

第1章 基本概念和特征 1-1

1. 车载IGBT模块的基本概念 1-2

2. 直接水冷结构 1-3

3. 第7代RC-IGBT芯片的特征 1-4

4. 集成芯片传感器 1-6

5. 采用高强度焊接材料 1-6

6. 电路构成 1-7

7. 型号内容 1-8

第2章 术语和特性 2-1

1. 术语说明 2-2

2. 车载IGBT的模块冷却性能 2-5

第3章 散热设计方法 3-1

1. 电力损耗的计算方法 3-2

2. 水套冷却器的使用方法 3-7

3. 法兰适配器组件 3-10

第4章 故障发生时的处理方法 4-1

1. 故障发生时的处理方法 4-2

第5章 使用时的注意事项 5-1

1. 最大结温Tvj(max)

5-2

2. 短路保护 5-2

3. 过电压保护和安全工作区域 5-2

4. 动作条件和死区时间设定 5-7

5. 并列连接 5-8

6. 防静电措施 5-9

7. ESD导电海绵 5-10

第6章 推荐的安装方法 6-1

1. IGBT模块的安装方法 6-2

2. 主端子的连接 6-4

第7章 评估基板 7-1

1. 概要 7-2

2. 特征 7-2

3. 装置概要 7-3

4. 绝对最大额定值 7-4

5. 电气特性 7-4

6. 结温的监视功能 7-5

7. PN电压监视功能 7-6

8. 短路(SC)保护功能 7-7

9. 时序图 7-8

10. 样品基板的设定值 7-9

11. 起动前推荐的确认要点 7-9

12. 评估基板的外观 7-10

13. 接口连接器和线束 7-12

14. 评估基板安装至模块 7-13

15. 评估基板的电路图 7-14

16. 评估基板的尺寸 7-24

17. 组装图 7-25

18. 布局图 7-27

19. 零件列表 7-33

第8章 IGBT电流检测功能 8-1

1. 内容 8-2

2. 功能 8-2

3. 推荐的RSE:检测电阻 8-3

4. VSE 的代表特性 8-4

5. VSE 的IC 

和Tvj

依存性:(i) 短路瞬态 8-4

6. VSE 的IC和Tvj

依存性:(ii) 过电流瞬态 8-5

7. VSE 的IC和Tvj

依存性:(iii) 过电流稳态 8-6

8. 使用ADI-ADuM4138时的短路保护功能应用 8-7

第9 温度检测功能 9-1

1. 内容 9-2

2. 功能 9-2

3. 温度二极管电压的特性 9-2

4. 使用ADI-ADuM4138时的温度检测功能 9-3

5. 使用ADI-ADuM4138时的温度检测补偿方法 9-3

10    IGBT 模块的并列连接 10-1

1. 稳态时的电流不均衡 10-2

2. 动态时的电流不均衡 10-6

3. 门极驱动电路 10-7

4. 并联时接线案例 10-8

5. 散热器 10-8

1. 车载IGBT 模块的基本概念

近年来,考虑到对环境的影响,全球都在探求降低二氧化碳排放量的方法。为了降低二氧化碳排放量,汽车领域正在普及混合动力汽车(HEV)和电动汽车(EV)。HEV和EV将高压蓄电池中储存的直流电通过电力转换装置转换为交流,驱动行驶用电机,而该电力转换装置主要使用IGBT模块。由于需要在汽车

的有限空间内安装高压蓄电池、电力转换装置、电机等,因此,电力转换装置中使用的IGBT模块要尽可能实现小型化。

在此背景下,以“小型化”为基本概念开发了富士电机车载IGBT模块。图1-1所示为IGBT模块的基本市场需求。对IGBT模块的基本市场需求为提高性能和可靠性、降低环境

压力。性能、环境、可靠性的各种特性相互关联,因此,为了实现IGBT模块的“小型化”,对这些特性进行均衡改进是非常重要的。

本次开发的车载IGBT模块,通过采用(i)带水套的第3代• 直接水冷结构、(ii)第7代RC-IGBT*1)芯片、(iii)高强度焊接材料,最大限度地发挥了性能、可靠性、环境的各种特性。另外,通过电流传感器和温度传感器这两个集成在芯片上的传感器实现了高可靠性,通过P电压监视端子也能够良好的进行蓄电池电压对应的电力控制等控制。

*1) RC-IGBT: Reverse Conducting Insulated Gate Bipolar Transistor

本章对车载IGBT模块的基本概念和特征进行说明。

2. 直接水冷结构

新开发的车载IGBT模块,通过采用第3代直接水冷结构,大幅降低了热阻。与间接冷却系统相比,第1代直接水冷系统降低了33%的热阻,并且,第3代冷却系统中散热片和水套实现了一体化,进一步降低了超过30%的热阻。此系统的概念是,不仅仅降低热阻性能,还可取消水路设计。同时,采用法兰类型的水路连接,使得电机和控制模块的水路连接设计更加简单。图1-2所示为本次新开发的车载IGBT模块的外观。图1-3所示为第1代和第3代的稳态热阻比较。第3代冷却系统中,无间隙冷却设计加快了散热片之间的冷却液流动速度,其结果就是降低了30%的热阻。

3. 第7 代RC-IGBT 芯片的特征

新开发的车载IGBT模块(6MBI800XV-075V)中,采用750V额定的“X系列”RC-IGBT。X系列的RC-IGBT通过对场截止(FS)结构的优化降低了导通电压和开关损耗。另外,通过对沟槽栅极结构的优化,提高了开关速度的可控性。如下图所示,RC-IGBT为在同一芯片上配置了条状结构的IGBT和FWD。

与传统IGBT相比,RC-IGBT的特征是VCE(sat)-Eoff 性能优越。如以下示意图所示,将芯片下方的IGBT集电极(P+层)和FWD的负极(N+层)连接形成的共集电极结构,使得关断动作期间,电子和空穴很容易进行迁移,与传统产品相比,降低了关断损耗。

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