Erfolgsgeschichte der Intelligenten Power-Module

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Neue Module überwinden Minuspunkte

Trotzdem werden heutzutage viele Designs nach wie vor mit diskreten Bauelementen implementiert. Dies liegt daran, dass OEMs in der Vergangenheit bei Modulen zwei Hauptnachteile hinnehmen mussten: mangelnde Flexibilität und hohe Kosten.

Außer Zweifel steht, dass die Spezifikationen und die Performanz eines Moduls vom Modulhersteller und nicht vom Anwender bestimmt werden. Theoretisch kann es deshalb vorkommen, dass diese Spezifikationen nicht genau den Anforderungen des Anwenders entsprechen. Im Gegensatz dazu lässt sich ein diskretes Design exakt auf die jeweilige Anwendung zuschneiden.

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Im Zusammenhang mit Wechselrichter-Anwendungen verliert dieses Argument allerdings an Gewicht. IPMs sind nämlich speziell für die Verwendung als Wechselrichter in Frequenzumrichtern ausgelegt. Die IPM-Anbieter haben Produktspektren entwickelt, die den Vorgaben so gut wie aller Anwender gerecht werden – vom Segment mit Leistungen von 0,75 kW bis 3,75 kW bis zu Hochleistungs-Motoren mit über 20 kW.

Diese vielfältigen Anforderungen werden von IPMs erfüllt, die ein ganzes Spektrum von Durchbruchspannungen, Spitzen- und Durchschnittsströmen und Entwärmungsanforderungen abdecken. Zum Teil wird den unterschiedlichen Anforderungen der Anwender Rechnung getragen, indem gleiche oder ähnliche Schaltungen in Gehäuse unterschiedlicher Bauart und Größe eingebaut werden wie PQFN, SMD, Single In-Line (SIL) und Dual In-Line (DIP).

IPM-Hersteller liefern Produkte mit verschiedenen Aufbauvarianten und Gehäuseformen für unterschiedliche Ausgangsleistungen:

Die thermisch effiziente und sehr robuste IMS-Technologie (Insulated Metal Substrate) ermöglicht einfache Integration von auch passiven Bauteilen für Temperaturmessungen und für die Schutzschaltungen.

Die DBC-Technologie (Direct Bonded Copper) als thermisch höchst effiziente Technologie unterstützt höhere Leistungsdichten (Bild 3). Grundplatten aus Aluminiumoxid oder Aluminiumnitrid zeichnen sich außerdem bei etwas geringeren Kosten durch gute thermische Eigenschaften aus.

Vollständig vergossene Gehäuse sind kostengünstiger, allerdings auf Kosten schlechterer thermischer Eigenschaften. Ihr Einsatz ist somit auf Module mit relativ geringer Leistung beschränkt.

Einige IPM-Serien werden mit Pin-kompatiblen Gehäusen angeboten, damit sich Antriebsdesigns einfach skalieren lassen – von Varianten mit kleiner Leistung bis zu solchen mit hoher Leistung. Ausführungen in Oberflächen-montierbaren Gehäusen sind nur für sehr geringe Leistungen bis etwa 100 W geeignet.

Hersteller wie STMicroelectronics, Fairchild und ON Semiconductor sehen im IPM-Markt eine große Chance und haben in kurzer Folge neue Produkte auf den Markt gebracht. Die Anwender haben somit inzwischen gute Chancen, ein Modul zu finden, das den Anforderungen ihres Wechselrichters genau entspricht.

Für die meisten ist es außerdem ein Vorteil, dass das Gatetreiber-IC in das Modul integriert ist. Befindet sich der Gatetreiber nah am Gate des IGBT oder MOSFET, ist die Anfälligkeit gegenüber externen Störgrößen geringer und das Modul arbeitet zuverlässiger und besser reproduzierbar.

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