變頻器的需求
2014年7月,谷歌聯合電氣電子工程師學會(IEEE)面向全球推出了小盒挑戰(little box challenge)項目。提供一百萬美元的獎金,用于獎勵取得最高功率密度設計的2kW逆變器。2016年2月,來自比利時逆變器公司CE+T Power的紅電魔王隊獲得桂冠。在自然散熱的條件下,其設計的功率密度達到驚人的142.9W/in³,將立方英寸換算成升的話,可以達到8720W/L。
來自littleboxchallengecetpower官網
功率密度,以電力電子的產品的輸出功率除以產品的體積,代表了在目前的電力電子綜合設計能力(拓撲,器件,損耗,散熱,成本)下可以達到的綜合水平。高功率密度的逆變器,能夠以更小的功耗,更小的體積處理更大的功率,從而在系統應用上帶來獨特的價值,更少的系統成本,更高的可靠性,更小的系統體積。
在不計成本的創新設計下,逆變器的功率密度的上限被不斷刷新,遠遠超過實際的電力電子的量產產品能達到的功率密度。實驗室中的高功率密度的產品,更多的以寬禁帶器件為主,探索產品的極致表現。而實際量產中的產品,考慮市場的可接受的價格程度,功率密度的提升需要在器件設計、散熱設計以及成本的平衡上孜孜以求,分毫必究。而在最新推出的產品中,有一款新系列的伺服驅動器的技術值得大家關注。
IGBT7的設計實例——匯川SV660系列伺服
匯川技術的新一代SV660伺服,采用了英飛凌的最新的IGBT7模塊,其功率密度相對于上一代采用IGBT4的產品,得到了很大的提升,整體性能表現更是“更上一層樓”。
戰“疫” | 用匯川style守護白衣天使
使用了新一代IGBT7技術的SV660伺服有何特點?以適配380V 1kW電機的伺服為例,其額定輸出電流為3.5A。上一代的伺服產品IS620采用了英飛凌的IGBT4,而新一代的伺服采用了IGBT7模塊,兩代產品中IGBT模塊的標稱電流相同。但新一代的伺服逆變器的整機體積減小了39%,從而我們可以看出IGBT7 對整體產品功率密度的巨大提升。
而另一款的3kW的伺服設計更加體現出新一代IGBT7的優勢。SV660 3kW采用的IGBT7模塊比上一代IS620 3kW使用的IGBT4模塊電流等級還要小一檔,但SV660 3kW整機的功率密度卻相對于上一代的IS620提升了10%,這意味著使用IGBT7模塊設計變頻器,能夠降低系統成本,同時提高功率密度。
從中我們可以看到新一代的IGBT7模塊的強勁實力:系統功率密度更高,而系統成本更低
如何使用IGBT7
上述兩個實際案例,很好地詮釋了采用新一代的IGBT7的兩種設計理念:
1、提升逆變器的輸出電流。
可以采用與IGBT4同標稱電流的IGBT7的模塊,使逆變器輸出更大的電流,或者采用比IGBT4模塊更小的IGBT7模塊,使逆變器輸出相同的電流。如下圖所示,25A Easy2B的IGBT7可以比25A Easy2B的IGBT4提升35%的輸出電流,而25A Easy1B的IGBT7也可以比25A Easy2B的IGBT4提升16%的輸出電流。
2、提升逆變器的功率密度。
因為IGBT7的損耗低,結溫高(過載結溫最高175℃),可以大大的減少散熱器的尺寸。以典型條件的對比,25A Easy2B的IGBT7能夠比25A Easy2B的IGBT4減小40%的散熱器體積。
IGBT7的產品目錄
已經量產的IGBT7的型號如下,更多型號,更豐富的封裝(Econo,Easy3B)正在陸續推出中。