Новый SiC MOSFET-модуль Toshiba на 3300 В рассчитан на ток до 800 А

Содержание

• SiC-модуль Toshiba для систем среднего напряжения
• Стойкость к импульсным токам и коротким замыканиям
• Сокращение потерь проводимости и динамического переключения
• Конструкция корпуса и надёжность соединений
• Где может применяться новый силовой модуль

Компания Toshiba Electronic Devices & Storage Corporation представила силовой модуль IX800FXF2YMS4 с двумя транзисторами на основе карбида кремния. Новинка рассчитана на напряжение до 3300 В и постоянный ток до 800 А. Устройство предназначено для преобразовательного оборудования среднего напряжения, где важны энергоэффективность, устойчивость к перегрузкам и надёжная работа при высоких температурах.

В основе модуля использованы кристаллы SiC MOSFET третьего поколения. По сравнению с традиционными решениями на кремниевых IGBT они помогают уменьшить потери при прохождении тока и при коммутации. Это особенно актуально для железнодорожного транспорта, систем накопления и преобразования энергии, твердотельных трансформаторов, промышленных электроприводов и инфраструктуры возобновляемой энергетики.

SiC-модуль Toshiba для систем среднего напряжения

IX800FXF2YMS4 относится к классу высокомощных двухканальных модулей, рассчитанных на эксплуатацию в условиях значительных токовых и тепловых нагрузок. Напряжение 3300 В позволяет применять его в преобразователях для подвижного состава, сетевых установках и приводах среднего напряжения, где обычные низковольтные транзисторы уже не подходят по рабочим параметрам.

SiC MOSFET-модуль Toshiba объединяет рабочее напряжение 3300 В, ток до 800 А и улучшенные характеристики для энергоёмких систем среднего напряжения.

Применение карбида кремния обеспечивает более эффективное переключение силовых ключей. Благодаря этому разработчики могут повышать частоту широтно-импульсной модуляции, сокращать габариты магнитных компонентов и оптимизировать систему отвода тепла.

• Номинальное напряжение : до 3300 В для преобразовательных систем среднего напряжения
• Постоянный ток : до 800 А для высоконагруженных силовых цепей
• Тип полупроводника : два SiC MOSFET третьего поколения в одном модуле
• Основные сферы : железнодорожная тяга, энергетика, приводы и накопители энергии

Стойкость к импульсным токам и коротким замыканиям

При коротком замыкании на нагрузке или резком нарушении режима сети в инверторных каскадах возникают кратковременные токи большой величины. В таких условиях особенно сильно нагружаются участки с обратными диодами: перегрев может привести к повреждению кристалла, разрушению внутренних соединений или расслоению корпуса.

Заданный предел по импульсной энергии помогает согласовать модуль с системой защиты и снизить риск каскадного повреждения оборудования при аварийных токах.

Для повышения защищённости силовой сборки Toshiba нормировала показатель для диодной части модуля. Устройство выдерживает предельное значение 300 кА²·с при одиночном полусинусоидальном импульсе длительностью 10 мс и начальной температуре канала 175°C. Этот параметр упрощает подбор быстродействующих защитных устройств, включая полупроводниковые и пиротехнические предохранители.

• Допустимый показатель : 300 кА²·с для диодного участка
• Длительность испытательного импульса : 10 мс в форме полусинусоиды
• Температура начала испытания : 175°C
• Практическая задача : координация работы модуля с быстродействующей защитой от КЗ

Сокращение потерь проводимости и динамического переключения

Одним из главных преимуществ SiC-компонентов считается снижение статических и динамических потерь. В модуле Toshiba типовое напряжение в открытом состоянии составляет 1,4 В при токе стока 800 А и температуре канала 25°C. Это позволяет сократить нагрев, связанный с потерями проводимости при длительной работе под высокой нагрузкой.

При испытаниях на переключение с напряжением промежуточной шины 1800 В, током 800 А и температурой канала 175°C энергия включения составила 185 мДж, а энергия выключения — 175 мДж. Снижение суммарных коммутационных потерь делает возможной работу на более высоких частотах и уменьшает требования к системам охлаждения.

Конструкция корпуса и надёжность соединений

Двухключевой модуль выполнен в корпусе Low Voltage Intelligent Flexible Package, который расширяет линейку Toshiba до четырёх мощных модулей. Конструкция рассчитана на многократные циклы нагрева и охлаждения, характерные для тяговых преобразователей, промышленных приводов и энергетического оборудования.

Вместо традиционных решений, чувствительных к усталости проволочных выводов и паяных соединений, Toshiba применяет технологию спекания серебра. Она используется для соединения SiC-кристаллов с керамической подложкой DBC — direct bonded copper. Такой подход повышает теплопроводность внутренней структуры и увеличивает устойчивость к термомеханическим нагрузкам.

Где может применяться новый силовой модуль

Благодаря сочетанию высокого напряжения, значительного тока и температурной стойкости до 175 °C IX800FXF2YMS4 ориентирован на оборудование, работающее в тяжёлых режимах. В первую очередь речь идёт о преобразователях для высокоскоростных поездов, тяговых системах и вспомогательной электронике железнодорожного транспорта.

Меньшие потери при проводимости и коммутации позволяют сделать силовой преобразователь компактнее, снизить тепловую нагрузку и сократить объём охлаждающего оборудования.

Также модуль может использоваться в многомегаваттных системах накопления энергии, преобразователях для солнечной и сетевой инфраструктуры, источниках бесперебойного питания, а также промышленных приводах среднего напряжения. Способность стабильно работать при высокой температуре перехода позволяет проектировать более компактные и производительные силовые узлы.

Новый модуль Toshiba IX800FXF2YMS4 демонстрирует развитие SiC-технологий для высоковольтной силовой электроники. Низкие потери, устойчивость к аварийным импульсным нагрузкам, рабочий ток до 800 А и применение серебряного спекания делают его перспективным решением для железнодорожного транспорта, энергетики и промышленного оборудования, где от силовых компонентов требуется одновременно высокая эффективность и повышенная надёжность.