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Grundlagen IPM

Intelligentes Power-Modul versus diskreter Schaltungsaufbau

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ABM Asset and Business Management AG
RECOM Power GmbH

Entscheidende Pluspunkte für den Modulansatz

Sobald ein Wechselrichter als integriertes Modul ausgeführt ist, profitiert der Entwickler von kleineren Abmessungen und erhöhter Zuverlässigkeit. Denn eine modulare Lösung auf der Leiterplatte nimmt rund 50% weniger Fläche ein als eine entsprechende diskrete Lösung. Die sonst auf der Leiterplatte unterzubringenden Verbindungen zwischen den einzelnen Bauteilen entfallen bei der Modullösung.

Auch die Zuverlässigkeit profitiert, da sich der Bauteileaufwand für einen Wechselrichter durch die Modullösung von rund 20 auf 1 verringert. Die Wahrscheinlichkeit für Ausfälle oder Fehler während des Montageprozesses reduziert sich erheblich durch die gesenkte Zahl der Bauelemente. Deutlich geringer fallen auch Anzahl und Länge der Leiterbahnen aus, womit die Anfälligkeit des Wechselrichtersystems gegen elektromagnetische Störgrößen gesenkt wird.

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Zugleich profitiert das System von einer stabileren, besser vorhersagbaren und zuverlässigeren Performance. Überdies reduziert sich durch ein Modul auch der Compliance-Aufwand für das Design-Team, da es als komplett geprüftes Subsystem meist auch UL-Zertfizierung aufweist.

Die Effizienz eines IPM liegt in der Regel auf dem Niveau einer diskreten Schaltung. Beide lassen sich nämlich mit fortschrittlichen IGBTs (etwa mit Trench Field Stop- oder Non-Punch-Through-Trench-Technik) oder Super-Junction-MOSFETs kombinieren, die sich durch weiter reduzierte Schalt- und Leitungsverluste auszeichnen.

Für IPM-Anwender ergeben sich noch weitere Vorteile. Entscheidend ist, dass sich die Implementierung eines Wechselrichter-Designs bei Verwendung eines Moduls deutlich vereinfacht, sodass sich die Markteinführungszeit verkürzt. Für das Modul wird zudem umfassende Dokumentation mit verifizierten Performance-Daten zur Verfügung gestellt.

Von einigen IPM-Herstellern wird zusätzlich eine einfach anzuwendende und kostenlose PC-basierte Entwicklungs-Software mitgeliefert, mit der sich die Auswahl des richtigen Moduls und eine Abschätzung der anfallenden Verlustleistung einfacher und schneller gestaltet.

Nicht zuletzt warten IPMs mit einem umfassenden Bestand an integrierten Schutzfunktionen auf, zum Beispiel Fehlersignalisierung, Überstromerfassung und -schutz, UVLO (Under-Voltage Lock-Out), Schutz vor gleichzeitigem Einschalten der High- und Low-Side-Leistungsschalter zur Verbesserung der Systemimmunität, Übertemperatur-Überwachung und -Schutz, direkter CMOS-Eingang (es wird kein Optokoppler benötigt) sowie bis zu 2,5 kV Isolationsspannung.

Während sich bei seinem Modul der Hersteller um die Anpassung der internen Bauelemente und die bestmögliche Vermeidung parasitärer Effekte kümmert, liegt diese Aufgabe bei einem diskreten Design in den Händen des OEM-Designers.

Auch in der Produktionsphase wird ein Modul punkten. Eine Schaltung, die anstatt 20 nur noch aus einem Bauteil besteht, lässt sich einfacher und kostengünstiger bestücken. Außerdem werden durch den reduzierten Bauteileaufwand auch die Lagerhaltung und das Zulieferer-Management einfacher. Somit sprechen viele Argumente für die Verwendung eines Moduls.

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