FUJI富士EV、HEV用IGBT模块 X系列 750V级应用手册.pdf
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车载IGBT 模块的基本概念
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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
图1-1 富士电机IGBT模块开发目标图
. 直接水冷结构
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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。
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
ⅳ
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
ⅴ
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 | 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 |
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