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狗万manbetx手机版登录官网富士电气杂志第89卷第4期(12月/ 2016)
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功率半导体对能源管理的贡献 |
功率半导体对能源管理的贡献
[目的]
控制二氧化碳的排放2这是导致全球变暖的原因之一，有效的措施包括利用以光伏发电和风力发电为代表的可再生能源，提高能源转换效率，引进电动汽车，如混合动力电动汽车(HEVs)和电动汽车(EVs)。这些措施的关键之一是控制电能的电力电子技术。狗万manbetx手机版登录官网富士电气开发并商业化了电力半导体，为电力电子设备的大规模精简和效率提高做出了贡献。
本期特刊介绍了富士电力半导体的最新技术和产品。狗万manbetx手机版登录官网
功率半导体:现状和未来展望
FUJIHIRA, Tatsuhiko；短袜,渡边；栗原市,Toshiharu
在全球节能降耗、提高效率、减少CO排放的大背景下2人们对电力电子技术寄予厚望，因为它能满足这些需求。预计，该技术的核心器件——功率半导体(power semiconductor)的市场规模将进一步扩大。在工业设备应用中，预计增长的领域是新能源，包括光伏发电和风力发电，以及数据中心的不间断电源系统。在汽车应用方面，随着电气和电子设备的使用进一步发展，这些设备包括dc - dc转换器、传感器、电子开关和用于混合动力汽车和电动汽车的逆变器，功率半导体的使用数量预计将增加。
本文介绍了功率半导体的技术趋势，并介绍了富士电气所进行的技术开发现状。狗万manbetx手机版登录官网
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1.2 kv SiC沟槽MOSFET
信,隆；IWAYA, Masanobu；馆,Yasuhiko
狗万manbetx手机版登录官网富士电机开发并发布了SiC平面栅mosfet。平面mosfet单元间距的过度收缩导致了较高的JFET电阻，这使它们无法达到接近理论极限的低通电阻。相反，沟槽栅mosfet的单元间距可以在不增加JFET电阻的情况下减小。因此，我们开发了1.2 kv SiC沟槽栅MOSFET。我们优化了MOS通道和JFET区域的结构，并降低了单元间距。与传统平面mosfet相比，我们的沟槽栅mosfet实现了低开关损耗，阈值电压提高了2.4倍，导通电阻降低了48%。
All-SiC二合一模块
CHONABAYASHI, Mikiya；OTOMO, manuscript公司；KARASAWA,达也
狗万manbetx手机版登录官网富士电气开发了一种全SiC二合一模块，利用SiC器件开发了一种高性能紧凑ip65级逆变器，其特点是防尘和防水。为了利用SiC器件比Si器件低得多的开关损耗，有必要创造一种高可靠性的封装技术，既能保证高温运行，又能降低模块内部的接线电感。狗万manbetx手机版登录官网为了满足这些要求，富士电气开发了一种具有新结构的包装。因此，与使用Si器件的传统逆变器相比，ip65额定逆变器减少了主电路44%的损耗。
增强全sic模块击穿电压
HINATA, Yuichiro；谷口,克己；HORI Motohito
近年来，SiC器件已广泛应用于击穿电压约为1kv的领域。它们预计将用于需要击穿电压从3到10千伏的高压领域，如铁路，以及需要高可靠性的汽车领域，如混合动力汽车和电动汽车。狗万manbetx手机版登录官网富士电气开发了一种新的结构包，具有铜引脚连接和树脂成型，以实现具有高击穿电压的SiC模块。基于电场模拟和热分析的结果，通过优化绝缘衬底上电极的位置和厚度，实现了电场强度弛缓和高热辐射。
全碳化硅模组用增强成型树脂的耐热性
NAKAMATA,裕子；TACHIOKA白川；ICHIMURA, Yuji
SiC器件能够在200℃或更高的高温下工作，而传统的Si器件在175℃下工作，而成型功率器件的成型树脂需要更高的热阻才能在市场上推广。我们的全SiC模块最大限度地提高了SiC器件的性能，并且我们已经确认，通过使用高耐热成型树脂，该模块可以在200℃或更高的温度下连续工作，其特点是更长的耐热使用寿命和改进的跟踪阻力。
第七代“X系列”IGBT模块“双XT”
吉田Kenichi；YOSHIWATARI, Shinichi；川端康成,淳弥
功率转换设备越来越要求具有紧凑、低损耗和高可靠性，正是在这种背景下，富士电气开发了第7代“X系列”IGBT模块“Dual XT”(X系列Dual XT)作为扩展额定电流的模块。狗万manbetx手机版登录官网X系列Dual XT通过增强半导体芯片特性降低了功率损耗，同时通过增强封装结构提高了封装载流能力。此外，通过改进ΔT
j电源循环能力和绝缘的耐热性——使用硅胶，该模块实现了结温T
事的话连续操作时=175℃。这也是业界首个该封装尺寸的模块，额定电压为1200 v /800-A。
工业用第七代“X系列”RC-IGBT模块
YAMANO,丰田；高桥,岬；市川总裁中西宏明
近年来，IGBT模块越来越多地要求更小的尺寸，同时显示出更低的损耗和更高的可靠性。为了满足这一要求，富士电气开发了一种工业用反向导电I狗万manbetx手机版登录官网GBT (RC-IGBT)模块，该模块使用在单个芯片上集成了一个IGBT和一个自由转动二极管(FWD)的RC-IGBT。此外，该模块通过基于第7代“X系列”技术的优化，大大降低了损耗和热阻，提高了可靠性。这些技术创新已经实现了增强，如额定电流的扩大，功率密度的增加和小型化，所有这些都是通过传统IGBT和FWD的组合无法实现的。
第二代小型IPM系列
手冢,Shinichi；铃木久；方明,渡边
狗万manbetx手机版登录官网富士电气最近在我们的第二代小型IPM系列中增加了电流额定值为20和30 A的产品，以满足电机驱动设备的需求。以第7代IGBT芯片技术为基础，优化FWD的寿命控制和漂移层厚度，显著降低了温升，同时降低了噪声和损耗。我们对一台标准制冷量为14千瓦的组合式空调进行了温升模拟，预计这是实际情况。温度比第一代小型IPM低11℃。因此可以扩大器件的允许输出电流。
采用RC-IGBT的第三代汽车用直接液冷电源模块的速度增强
KOGE、佐藤；井上,Daisuke；足立,Shinichiro
狗万manbetx手机版登录官网富士电气在第三代汽车直接液冷模块的开发中采用了一种薄的反向导电IGBT (RC-IGBT)，该模块的特点是其高速封装结构。通过在一个芯片上集成IGBT和FWD的RC-IGBT，该模块实现了在开闭时更快的交换。此外，通过使用RC-IGBT和内部布局优化，寄生电感比传统封装降低了50%。此外，通过采用一种封装结构，将所有3相都配备一个PN端子对，降低了叠加浪涌电压。这些技术使第三代模块比第二代模块减少了30%的开关损耗。
装有RC-IGBT的第三代汽车用直接液冷电源模块的功能增强
佐藤,Kenichiro；榎本失败,Kazuo；NAGAUNE, Fumio
狗万manbetx手机版登录官网富士电机开发了第三代直接液冷电源模块，用于混合动力和电动汽车等汽车应用。用于汽车应用的电源模块要求结构紧凑，功耗低。通过使用铝水套，将液冷翅片与盖结合在一起，以及采用法兰结构的制冷剂进出口端口，我们改善了模块的散热性能。此外，采用集成绝缘栅双极晶体管(IGBT)和自由轮二极管(FWD)的反向导电IGBT (RC-IGBT)使具有相同有源面积的电源模块减少20%的功率损耗。因此，该电源模块实现了更低的损耗和更小的尺寸。
用于汽车的高端二合一IPS“F5114H”
MORISAWA, Yuka；TOBISAKA,藤原浩；YASUDA,喜田岛
近年来，以安全、环保、节能为关键词的电子控制在汽车电气系统中得到了长足的发展。除了这些关键字，半导体产品还要求紧凑和高可靠性。狗万manbetx手机版登录官网富士电气为汽车应用开发了高侧二合一智能电源开关(IPS)“F5114H”，以实现更大的设备小型化。狗万manbetx手机版登录官网富士电气已经配备了SSOP-12封装，它具有与SOP-8封装相同的外部尺寸，2个芯片具有与以前的产品相同的功能，允许两个通道在相同的安装区域与以前的一个通道产品。它还使用了一种高度可靠的电线，可以在高温环境中使用。这些改进使得大大减小ECU的尺寸成为可能。
第二代SJ-MOSFET汽车用“Super J MOS S2A系列”
TABIRA,圭佑；NIIMURA,靖；MINAZAWA,藤原浩
在混合动力电动汽车等环保汽车中，对更小的动力转换设备和更好的燃油效率的需求不断增加。因此，功率MOSFET产品要求结构紧凑、低损耗和低噪声。狗万manbetx手机版登录官网富士电气开发并推出了“Super J MOS S1A系列”，这是一款汽车应用产品，采用了具有低通态电阻和低开关损耗的超结结构。最近，富士电机开发了用于汽车应狗万manbetx手机版登录官网用的第二代SJ-MOSFET“Super J MOS S2A系列”，它减少了传导损耗，同时改善了开关开关过程中开关损耗和跳变电压之间的权衡。本产品的使用有助于缩小尺寸和提高汽车应用的功率转换设备的效率。
用于高效电源的关键模式PFC控制IC“FA1A60N”和LLC电流谐振控制IC“FA6B20N”
SONOBE, Koji；YAGUCHI, Yukihiro；北条,哥打
对于电子设备中容量较大的开关电源，需要使用功率因数校正(PFC)电路来抑制谐波电流，LLC电流谐振电路也因其在低噪声应用中的有效性而被广泛使用。狗万manbetx手机版登录官网富士电气开发了关键模式PFC控制IC“FA1A60N”和LLC电流谐振控制IC“FA6B20N”，在使用我们的传统技术的同时增加了新的功能。结合使用这些集成电路可以提高供电系统在轻负荷下的效率，实现低待机功耗，并通过万博手机下载减少电源组件的数量降低系统成本。此外，作为对以前产品的改进，这些集成电路可以用于电源适配器。万博手机下载
内置快二极管的第二代低损耗SJ-MOSFET“Super J MOS S2FD系列”
渡边Sota；坂田,Toshiaki；山下先生,Chiho
为了有效利用能源，对功率转换设备提高效率的要求越来越高，因此，要求安装在该设备上的功率MOSFET结构紧凑，损耗小，噪声低。狗万manbetx手机版登录官网富士电气一直在开发和制造降低通态电阻、改善关断开关损耗和浪涌电压之间权衡的产品。我们最近开发了第二代低损耗SJ-MOSFET“Super J MOS S2FD系列”，通过内置快速二极管提高其抗反向恢复能力，具有用户友好性和低损耗的特点。本产品的使用有望提高功率转换设备的效率，促进产品小型化。
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