FUJI富士EV、HEV用IGBT模块 X系列 750V级应用手册.pdf

2018-11-05 21:40:47 Westpac Electronics

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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)HEVEV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。
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直接水冷结构、 (ii)7RC-IGBT*1)芯片、 (iii)
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
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。
1-2所示为本次新开发的车载IGBT模块的外观。
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
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. 7RC-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


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


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


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


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


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


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


8IGBT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 ICTvj 依存性:(i) 短路瞬态 8-4
6. VSE IC Tvj 依存性:(ii) 过电流瞬态 8-5
7. VSE IC 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

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 1-2
2. 直接水冷结构 1-3
3. 7RC-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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