Erfolgsgeschichte der Intelligenten Power-Module

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Was gegen die Verwendung von IPM spricht

Unstrittig ist, dass die Integration des Gatetreibers dem Anwender die Freiheit nimmt, die Gate-Ansteuerspannung direkt zu kontrollieren. Für einige wenige Frequenzumrichter-Entwickler kann diese Restriktion tatsächlich von Bedeutung sein. Für die Mehrzahl dagegen ist es ein Vorteil, dass sie die Abstimmung von Gatetreiber-Schaltung und Leistungstransistor nicht selbst vornehmen müssen.

Das zweite häufig angeführte und auch wichtige Argument gegen die Verwendung eines IPM sind die Kosten. Ein IPM kostet nämlich in der Regel mehr als die diskreten Bauteile, die es ersetzt.

Erfahrene Modulanwender raten dazu, nicht die reinen Bauelementekosten miteinander zu vergleichen, da es mit den Kosten der Bauelemente allein nicht getan ist. Sobald man die Gesamtkosten betrachtet, ist das Modul in den meisten Fällen im Vorteil.

Mit den bereits beschriebenen Vorzügen der IPMs in Bezug auf Platzbedarf und Zuverlässigkeit kann ein einziges hochintegriertes Bauteil erhebliche Kostenvorteile bieten, wenn man die Gesamtrechnung betrachtet. Das Schaltungsdesign lässt sich einfacher, schneller und damit kostengünstiger abwickeln. Die schnellere und einfachere Leiterplatten-Bestückung senkt die Produktionskosten und die Ausschussquote.

Das Modul benötigt weniger Fläche auf der Leiterplatte, so dass kleinere und damit preiswertere Platinen verwendet werden können. Der geringere Bauteileaufwand führt zu einer höheren Zuverlässigkeit, die wiederum geringere Wartungs-, Reparatur- und Rückrufkosten zur Folge hat und nicht zuletzt senkt die verbesserte EMV Verträglichkeit des Moduls gegenüber einem diskreten Design den Aufwand an teuren Maßnahmen und Materialien.

Berücksichtigt man alle Kosten, die während der Nutzungsdauer eines Motors entstehen – vom Material über das Design bis zu der Zeit nach dem Verkauf –, so kann sich die modulare Lösung häufig als kostengünstigere Variante erweisen. Noch wichtiger ist die Betrachtung, dass das Modulkonzept über die Lebensdauer eines Projekts gerechnet diejenige Lösung sein kann, die besser vorhersagbare und geringere finanzielle Risiken birgt.

Die Auswahl des richtigen Moduls

Abgesehen von manchen Anwendungen mit sehr großen Stückzahlen, in denen die Materialkosten den bei weitem größten Teil der Gesamtkosten ausmachen, stellt ein IPM eine höchst attraktive Alternative zur Entwicklung der Wechselrichterschaltung für einen Antrieb dar. Die Auswahl an IPMs und IPM-Herstellern ist groß.

Da IPMs aber mit Standard-Eckdaten und -Gehäusen hergestellt werden, sind die Unterschiede zwischen Modulen mit ähnlichen Kenndaten meist gering. Dementsprechend schwierig mag deshalb die Entscheidung für einen bestimmten Hersteller erscheinen.

In einigen Anwendungen kann ein spezielles Feature oder eine bestimmte Spezifikation (z.B. ein gewisse Effizienzvorteil bei geringer Last oder geringfügig bessere Wärmeableitungs-Eigenschaften) den Ausschlag geben, ein Modul gegenüber einem anderen zu bevorzugen. In vielen Fällen aber werden die Spezifikationen der rivalisierenden Module nicht ausschlaggebend sein.

In jeder Situation ist es jedoch wichtig, sich einen oben beschriebenen Vorteil der Module vor Augen zu führen: im Gegensatz zu einer noch zu entwickelnden diskreten Schaltung bietet ein Modul klar dokumentierte und verifizierte Performance. Dabei muss sich der Anwender aber auf die Qualität und Performance des gewählten Moduls verlassen können.

Future Power Solutions greift in der Beratung für Intelligente Power Module auf die Unternehmen mit Erfolgsgeschichte zurück, wie ON Semiconductor, STMicroelectronics und Fairchild.

* Martin Schiel ist Strategic Technical Sales Manager bei Future Power Solutions (EMEA)

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