19 марта 2018

Новый силовой модуль, произведенный по SiC технологии от Mitsubishi Electric

Новый силовой модуль, произведенный полностью по SiC технологии от Mitsubishi Electric с рабочим напряжением 6,5 кВ позволяет достичь рекордной плотности мощности, обеспечивая более эффективное силовое оборудование меньших размеров для систем электроснабжения и электропоездов.

Токийская компания Mitsubishi Electric Corp разработала карбид-кремниевый (SiC) силовой полупроводниковый модуль с рабочим напряжение в 6,5 кВ, обеспечивающий рекордную плотность мощности 9,3 кВА/см3, которая в 1,8 раз больше, чем плотность мощности (5.1kVA/cm3) обычного биполярного транзистора с кремниевым изолированным затвором (IGBT). Новый карбид-кремниевый силовой модуль будет полностью совместим с кремниевыми IGBT-модулями серии HV100.

Достижение рекордной плотности мощности стало возможным благодаря инновационной структуре с полевым транзистором (MOSFET) и диодом, интегрированными в один кристалл, что значительно уменьшает площадь кристалла и, соответственно, площадь силового модуля. Обычные силовые полупроводниковые модули используют две отдельные микросхемы (MOSFET и диод).

Обычно в силовых цепях используют два силовых полупроводниковых модуля, соединенных параллельно, для работы с высоким напряжением, превышающим номинальное рабочее напряжение каждого модуля. Новый разработанный модуль с более высоким номинальным рабочим напряжением значительно упрощает схему. Также замена Si IGBT-модулей на SiC модули существенно (на треть) снижает потери мощности при переключении. Рабочая частота может быть увеличена в четыре раза, что позволяет обеспечить меньшие размеры компонентов в обвязке и получить компактное оборудование.

Mitsubishi Electric производит замену своих кремниевых силовых полупроводниковых модулей на энергоэффективные карбид-кремниевые полупроводниковые модули в качестве основных компонентов для силовой электроники. В 2013 году в серийное производство был поставлен тяговый инвертор с использованием силовых полупроводниковых модулей на SiC с рабочим напряжением 3,3 кВ для электропоездов.

Также недавно разработан корпус, который включает в себя новую изолирующую подложку с высокими теплопроводностью и термоустойчивостью (результат совместной работы четырех производителей материалов). Установка кристалла на изолирующую подложку производится по собственной надежной технологии Mitsubishi Electric.

Данная разработка была поддержана проектом, субсидированным Японской организацией «New Energy and Industrial Technology Development Organization» (NEDO). Помимо четырех производителей материалов для нового корпуса — DOWA Electronics Materials Co Ltd, Mitsubishi Materials Corp, Denka Co Ltd и Japan Fine Ceramics Co Ltd — в качестве партнеров по проекту были привлечены три университета: Токийский технологический институт, Технологический институт Шибауры и Технологический институт Кюсю и один общественный научно-исследовательский институт — Национальный институт передовых промышленных наук и технологий.

По этой технологии были рассмотрены девять патентов в Японии и три за ее пределами.

Двигаясь вперед, Mitsubishi Electric заявляет, что будет продолжать развивать данную технологию и проводить дополнительные испытания на надёжность.