Intelligente Power Module Welterster digitaler Treiber bis 9000 A und branchenerstes IPM mit für lötfreie Montage

Mit zwei Weltneuheiten macht Semikron auf sich aufmerksam: SKYPER 52 ist die erste IGBT-Treibergeneration mit vollständig digitaler Signalverarbeitung. Und das MiniSKiiP-IPM integriert erstmals einen SOI-Treiber und vereinfacht dadurch die Anwendung.

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SEMIKRON International GmbH

Laut aktueller Studie des Marktforschungsinstitutes IMS-Research ist der Leistungshalbleiterhersteller Semikron mit einem Marktanteil von 34% weltweit führend bei Dioden- und Thyristor-Halbleitermodulen. Die vollständige Produktpalette der Nürnberger umfasst 21.000 verschiedene Leistungshalbleiter. Neben Dioden und Thyristoren gehören auch IGBTs, MOSFETs, Treiber und Schutzkomponenten bis hin zu integrierten Umrichter-Systemen zum Sortiment.

Digitale Signalverarbeitung bietet diverse Vorteile

In der Leistungselektronik haben Treiber eine essentielle Bedeutung, denn sie entscheiden über die Qualität einer Leistungsanwendung. In analoger Technik aufgebaute Treiberschaltungen bieten wenig Spielraum hinsichtlich Signalführung und Varianz der Schaltungsparameter. Eine differenzielle digitale Signalverarbeitung dagegen bietet neben diversen technischen Vorteilen auch eine hohe Signalintegrität und somit Störfestigkeit. Am digitalen SKYPER 52 lassen sich sowohl Schaltverhalten, Abschaltschwellen als auch die Fehlerverarbeitung individuell einstellen, sodass damit ein erstmals flexibler Transistortreiber zur Verfügung steht.

Überspannungen werden sanft ausgeregelt

„Die digitale Signalverarbeitung ist unabhängig von Bauteileparametern, sehr robust und unabhängig gegenüber Temperaturschwankungen oder Alterungserscheinungen“, konstatiert Markus Hermwille, Senior Produktmanager Elektronik bei Semikron, „der Entwickler kann das Verhalten des Treiberschaltkreises und somit der Leistungselektronik individuell regeln und anpassen.“

Im Falle einer Fehlererkennung lassen sich sämtliche Leistungstransistoren einzeln oder sequentiell abschalten. Überspannungen, die insbesondere bei der Kurzschlussabschaltung entstehen, vermindert der IGBT-Treiber, indem er den Leistungstransistor sanft ausregelt.

Erstmals lassen sich Schaltungsparameter via GUI einstellen

Mittels grafischer Schnittstelle GUI (Generic User Interface) stellt Semikron dem Anwender erstmals eine Konfigurationsplattform zum Einstellen des Fehlermanagements, der Schutzfunktionen und deren Schwellen zur Verfügung.

Der Treiber ist bis 9000 A Gesamtstrom einsetzbar

SKYPER 52 eignet sich für 1200-V- und 1700-V-IGBT-Module. Er hat zwei Ausgangskanäle mit 9 W und einen Spitzengatestrom von 50 A. „Daher ist der Treiber für die Parallelschaltung von IGBT-Modulen mit einem Gesamtstrom bis 9000 A einsetzbar“, beschreibt Hermwille, „auch für Hochfrequenzanwendungen, die große Treiberleistungen und Taktfrequenzen bis 100 kHz fordern, ist der digitale Treiber geeignet.“

Die Isolationsspannung beträgt 4 kVAC und die Ausschaltspannung ist mit -15 V spezifiziert. SKYPER hat robuste LVDS-kompatible und damit differenzielle Signalein- und -ausgänge, die den 3,3-V- und 5-V-E/A-Standards entsprechen. Daher kann die Treiberschaltung ohne Pegelumsetzung direkt an einen Mikrokontroller oder DSP angeschlossen werden.

Branchenerstes Leistungsmodul für lötfreie Montage

Mit dem MiniSKiiP-IPM präsentiert Semikron eine weitere Branchenneuheit. Es ist ein intelligentes Leistungsmodul zur lötfreien Montage für Motorleistungen bis 15kW und integriert erstmals einen SOI-Treiber ohne Einrasteffekt (Latch-up). „Im Vergleich zu herkömmlichen intelligenten Leistungsmodulen besitzt das neue IPM mit 0,95 K/W den niedrigsten thermischen Widerstand und mit +175 °C gleichzeitig die höchste Sperrschichttemperatur“, versichert Hermwille.

Alle Leistungs-, Steuer- und Hilfsanschlüsse werden über Druckkontaktverbindungen zur Leiterplatte an Stelle von gelöteten Kontaktierungen realisiert. Hermwille: „Der Verzicht auf Lötkontakte erhöht die Qualität des gesamten Aufbaus. Die einfache Einrastmontage mit nur einer Standardschraube ermöglicht eine kostengünstige Montage von Modul, Leiterplatte und Kühlkörper. Anwender profitieren somit von der einfachen Handhabung nur einer Einzelkomponente im Vergleich zu diskreten Aufbauten.“

Hochspannungs-Treiber-IC mit erweiterter Pegelumsetzung

Sowohl das 600-V-Converter-Inverter-Brake-IPM-Modul als auch das 1200-V-Umrichter MiniSKiiP-IPM (6-Pack) besitzt einen Hochspannungs-Treiber-IC mit erweiterter Pegelumsetzung und bieten somit eine Ansteuerung, die auf Optokoppler verzichtet.

Der Gate-Treiber-IC besitzt eine Überstromabschaltung

„Weil alle Leistungstransistoren dielektrisch isoliert sind, treten in Schaltungen mit SOI-Technologie keine Einrasteffekte auf“, versichert Hermwille, „mit einem Abwärtsumsetzer pro Kanal sind negative Offset-Spannungen auf Sekundärseite unproblematisch. Der integrierte Gate-Treiber bleibt auch bei negativen Offset-Spannungen bis zu – 50 V voll funktionsfähig.“

Der Gate-Treiber-IC besitzt eine Überstromabschaltung mittels eines externen Shunt-Widerstands, die das IPM-Modul bei Überstrom abschaltet und ist darüber hinaus mit einer Unterspannungsabschaltung für alle Kanäle sowie mit einer Fehlerrückmeldung ausgestattet. Eine Abschaltung kann auch durch die übergeordnete Systemsteuerung über den Shutdown-Eingang erfolgen. Querströme werden über die Verriegelungslogik eliminiert.

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