Dem Motor Beine machen

Eine neue Prozesstechnologie erhöht den nutzbaren Drehzahlbereich von Wechselstrommotoren indem die Totzeit um den Faktor 3 und die Verlustleistung um 20 Prozent reduziert wird.

International Rectifier kündigt eine neue Halbleitertechnologie für IGBTs und FREDs an, die eine um 70 Prozent schnellere Ausschaltzeit als Bauteile früherer Generationen sowie mehr als 20 Prozent weniger Verlustleistung aufweisen. Die neue Technologie wurde für IGBTs und FREDs optimiert, die in Wechselrichtern mit Brückenschaltung eingesetzt werden. Mithilfe der neuen Prozesstechnologie wird die Ausschalt-Leistungsfähigkeit noch weiter erhöht. Die neuen Bauteile sind somit imstande, in nur 0,5 µs abzuschalten und nicht erst, wie es bei früheren Generationen der Fall war, in 1,6 µs. Verglichen mit bereits auf dem Markt befindlichen Bauteilen, erhöht die neue Prozesstechnologie den nutzbaren Drehzahlbereich von Wechselstrommotoren, indem die Totzeit des Wechselrichters um den Faktor 3 reduziert wird. Proportional dazu wird der PWM-Tastgrad sowie der modulierte Frequenzbereich erhöht. Kürzere Schaltzeiten erhöhen somit den Modulationsgrad von sensorlosen Ansteuerungen für Wechselstrominduktionsmotoren und ermöglichen somit eine Verbesserung der Leistungsfähigkeit in niedrigen Drehzahlbereichen. Die daraus resultierende Geschwindigkeitskontrolle bei niedrigen Drehzahlen erweitert den Anwendungsbereich von Wechselstrommotoren auf Applikationen, die vorher mit wesentlich leistungsfähigeren Motoren betrieben werden mussten. Da die Verlustleistung reduziert wurde, können kleinere Kühlkörper verwendet werden, womit wiederum niedrigere Systemkosten möglich sind. Außerdem kann jetzt mehr Leistung bei geringeren Gehäuseabmessungen zur Verfügung gestellt werden. So können die Super-247 Co-Pack IGBTs, die mit dieser neuen Technologie hergestellt werden, bis zu 7,5 PS Motorleistung bewerkstelligen ? bei einer Kurzschlusszeit von 10 µs (bei 15 VGE) ? und bieten zudem eine kostengünstige Lösung für Anwendungen, die jetzt noch mit größeren Gehäusen ausgestattet sind. Die Platzeinsparung beträgt dabei bis zu 74 Prozent.
Eine geringere Verlustleistung (Wtot) und Verzögerungszeit (Td(off)), kombiniert mit einer ultraschnellen aber “sanften” Recovery-Diodencharakteristik tragen außerdem dazu bei, das kapazitive Rauschen um 3 bis zu 5 dB µV im 1- bis 30-MHz-Bereich zu verringern. Dadurch werden kleinere Ausgangsfilter notwendig, die Filterkosten können somit ebenfalls reduziert werden.
Die Gatecharakteristik weist eine bis zu dreimal größere Rauschimmunität auf. Der durch dU/dt induzierte Einschaltstrom wird um den Faktor 20 reduziert. Die Bauteile in der neuen Technologie benötigen daher für den Ausschaltvorgang keine negative Gatespannung. Somit ist eine negative Spannungsversorgung überflüssig geworden. Durchlassverluste weisen eine positiven Temperaturkoeffizienten auf. Damit wird es wesentlich einfacher, mehrere Bauteile parallel zu betreiben wobei eine ausgeglichene Temperatur beibehalten wird. Die Verluste, die bei den Schaltvorgängen entstehen, sind viel weniger von der Temperatur abhängig als es noch bei den Bauteilen früherer Generationen der Fall war.
Zwei IGBT/FRED Co-Packs sind seit Juli 2001 als Samples verfügbar. Mit einer Sperrspannung von 1.200 V wurden die Bauteile für Anwendungen wie 400- bis 480-VAC-Wechselrichter mit Brückentopologie optimiert, die Leistungsbereiche von bis zu 7,5 PS abdecken.
Der IRGPS60B120KD wurde für Frequenzen von bis zu 25 kHz optimiert und kann in Motoransteuerungen zum Einsatz kommen.
Der IRGPS40B120UD Co-Pack IGBT wurde für Frequenzen von bis zu 50 kHz optimiert und ist für den Einsatz in unterbrechungsfreien Stromversorgungen, Schweißvorrichtungen, Induktionsheizungen und SMPS vorgesehen. Vier IRGPS60B120DU-Bauteile schalten 8 kW bei 50 kHz in einem Zweitakt-Durchflusswandler und ersetzen somit in der selben Anwendung acht 1.000-V-MOSFETs.

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