Трябва да сте влезли в
-
moreX
-
Компоненти
-
-
Category
-
полупроводници
- Диоди
- Тиристори
-
Електрически изолирани модули
- Електроизолирани модули VISHAY (IR).
- Електроизолирани модули INFINEON (EUPEC).
- Електрически изолирани модули на Semikron
- Електроизолирани модули POWEREX
- Електроизолирани модули IXYS
- Електроизолирани модули от POSEICO
- Електрически изолираните модули на ABB
- Електроизолационни модули от TECHSEM
- Go to the subcategory
- Мостови токоизправители
-
Транзистори
- GeneSiC транзистори
- Mitsubishi SiC MOSFET модули
- STARPOWER SiC MOSFET модули
- ABB SiC MOSFET модули
- IGBT модули от MITSUBISHI
- Транзисторни модули MITSUBISHI
- MITSUBISHI MOSFET модули
- Транзисторни модули ABB
- IGBT модули от POWEREX
- IGBT модули - от INFINEON (EUPEC)
- Полупроводникови елементи от силициев карбид
- Go to the subcategory
- Шофьори
- Силови блокове
- Go to the subcategory
- Преобразуватели за ток и напрежение LEM
-
Пасивни компоненти (кондензатори, резистори, предпазители, филтри)
- Резистори
-
Предпазители
- Миниатюрни предпазители за електронни системи серия ABC и AGC
- Бързодействащи тръбни предпазители
- Забавени вложки с GL/GG и AM характеристики
- Изключително бързи предпазители
- Британски и американски стандартни бързодействащи предпазители
- Бързодействащи предпазители европейски стандарт
- Тягови предпазители
- Предпазители за високо напрежение
- Go to the subcategory
-
Кондензатори
- Кондензатори за двигатели
- Електролитни кондензатори
- Icel филмови кондензатори
- Силови кондензатори
- Кондензатори за постояннотокови вериги
- Кондензатори за компенсация на мощността
- Кондензатори за високо напрежение
- Кондензатори за индукционно нагряване
- Импулсни кондензатори
- DC LINK кондензатори
- Кондензатори за AC/DC вериги
- Go to the subcategory
- Филтри против смущения
- Суперкондензатори
-
Защита от пренапрежение
- Отводители за пренапрежение за радиочестотни приложения
- Отводители на пренапрежения за системи за зрение
- Отводители за пренапрежение в електропроводи
- LED предпазители от пренапрежение
- Отводители за фотоволтаици
- Отводители на пренапрежения за системи за претегляне
- Отводители за пренапрежение за fieldbus
- Go to the subcategory
- Разкриващи емисионни филтри TEMPEST
- Go to the subcategory
-
Релета и контактори
- Теория на релетата и контакторите
- AC 3-фазни твърдотелни релета
- DC твърдотелни релета
- Регулатори, системи за управление и аксесоари
- Мек старт и реверсивни контактори
- Електромеханични релета
- Контактори
- Ротационни превключватели
-
Еднофазни AC твърдотелни релета
- Еднофазни променливотокови полупроводникови релета Серия 1 | D2425 | D2450
- Еднофазни AC полупроводникови релета CWA и CWD серия
- Еднофазни AC полупроводникови релета серии CMRA и CMRD
- Еднофазни AC твърдотелни релета PS серия
- AC твърдотелни релета двойни и четворни серии D24 D, TD24 Q, H12D48 D
- Еднофазни полупроводникови релета от серия GN
- Еднофазни променливотокови твърдотелни релета серия CKR
- Монофазни AC релета за DIN шина ERDA и ERAA СЕРИЯ
- Монофазни AC релета за ток 150А
- Двойни твърдотелни релета, интегрирани с радиатор на DIN шина
- Go to the subcategory
- AC еднофазни печатни твърдотелни релета
- Интерфейсни релета
- Go to the subcategory
- Ядра и други индуктивни компоненти
- Радиатори, Варистори, Термична защита
- Фенове
- Климатик, Аксесоари за табла, Охладители
-
Батерии, зарядни устройства, буферни захранвания и преобразуватели
- Батерии, зарядни устройства - теоретично описание
- Литиево-йонни батерии. Персонализирани батерии. Система за управление на батерията (BMS)
- Батерии
- Зарядни за батерии и аксесоари
- UPS и буферни захранвания
- Конвертори и аксесоари за фотоволтаици
- Съхранение на енергия
- Водородни горивни клетки
- Литиево-йонни клетки
- Go to the subcategory
-
Автоматизация
- Подемници Spiralift
- Части за дронове Futaba
- Крайни изключватели, Микро ключове
- Сензори, Преобразуватели
- Пирометри
- Броячи, Релета за време, Панелни измервателни уреди
- Индустриална защитна екипировка
- Светлинни и звукови сигнали
- Термовизионна камера
- LED дисплеи
- Бутони и превключватели
- Go to the subcategory
-
Кабели, Litz проводници, Тръбопроводи, Гъвкави връзки
- Проводници
- Кабелни щуцери и ръкави
- лица
-
Кабели за специални приложения
- Удължителни и компенсаторни кабели
- Кабели за термодвойки
- Свързващи кабели за PT сензори
- Многожилни кабели темп. -60°C до +1400°C
- Кабели средно напрежение SILICOUL
- Кабели за запалване
- Нагревателни кабели
- Едножилни кабели темп. -60°C до +450°C
- Железопътни проводници
- Нагревателни кабели в Ex
- Кабели за отбранителната промишленост
- Go to the subcategory
- тениски
-
Плитки
- Плоски плитки
- Кръгли плитки
- Много гъвкави плитки - плоски
- Много гъвкави плитки - кръгли
- Цилиндрични медни оплетки
- Медни цилиндрични оплетки и капаци
- Гъвкави ленти за заземяване
- Цилиндрични оплетки от поцинкована и неръждаема стомана
- Медни оплетки с PVC изолация - температура до 85 градуса
- Плоски алуминиеви оплетки
- Комплект за свързване - оплетки и тръби
- Go to the subcategory
- Тягово оборудване
- Накрайници за кабели
- Изолирани гъвкави релси
- Многослойни гъвкави шини
- Системи за управление на кабели
- Go to the subcategory
- View all categories
-
полупроводници
-
-
- Suppliers
-
Applications
- CNC машини
- DC и AC задвижвания (инвертори)
- Двигатели и трансформатори
- Енергетика
- Енергийни банки
- Заваръчни машини и заварчици
- Захранвания (UPS) и токоизправителни системи
- Измерване и регулиране на температурата
- Изследвания и лабораторни измервания
- Индукционно нагряване
- Индустриална автоматизация
- Индустриална защитна екипировка
- Компоненти за зони с опасност от експлозия (EX)
- Машини за сушене и обработка на дървесина
- Машини за термоформоване на пластмаси
- Минно дело, металургия и леярство
- Оборудване за разпределителни и контролни шкафове
- ОВК автоматизация
- Печат
- Трамвайна и железопътна тяга
-
Инсталация
-
-
Индуктори
-
-
Индукционни устройства
-
-
Обслужване
-
- Contact
- Zobacz wszystkie kategorie
High Power Density, High Performance X-Series 4500V IGBT Power Modules

High Power Density, High Performance X-Series 4500V IGBT Power Modules
Mitsubishi Electric has developed high performance 4500V IGBT power modules providing reliable solutions for medium voltage drive, railway and power transmission applications.
By Eugen Wiesner, Dr. Nils Soltau, Eugen Stumpf, Mitsubishi Electric Europe B. V. and Kenji Hatori, Hitoshi Uemura, Mitsubishi Electric Corporation
Introduction
Originally, Mitsubishi Electric started the development of the 4500V IGBTs in the middle of 90s. The first commercialization of standard IGBT modules in this voltage class was started in beginning of 2000s. It was a more efficient and compact solution compared to existing 4500V GTO press pack devices. Mainly this development was driven by railway and medium-voltage (MV) drive applications. Meanwhile, a wide variation of the 4500V IGBT modules is available, such as: dual diode modules, modules with copper and AlSiC base plate, modules with standard (VISO=6 kV) and high isolation packages (VISO=10.2 kV).
Targets of 4500V X-Series IGBT Modules
The newly developed 4500V X-Series is already the third series after H-Series and R-Series of MITSUBISHI ELECTRIC IGBT power modules. The line-up of the new X-Series is expanding the existing line-up towards higher power densities (refer Figure 1). The current rating of the large package (footprint: 190mm x 140mm) increases from 900A to 1350A. On the other hand, the 900A rated current also will be made available in smaller package size of 140mm x 130mm.

Figure 1: 4500V X-Series line-up expansion
The standard package type is still very important for different applications due to availability of second source from many IGBT device manufacturers and its proven reliability record in the field for many years. Furthermore, the upgrade or increase of the inverter output power is easily achievable by using the widely commercially available components in the market like heatsinks, gate drivers and bus bars.
The targets for 4500V X-Series device development have been defined based on feedback from customers. These were the following:
- Increasing current rating and module power density
- Reduction of module power losses
- Suitable for various applications having different switching frequency ranges
Six modules have been developed [1] to fulfill the above mentioned market requirements. The overview of the developed 4500V X-Series modules is shown in table 1.
Isolation voltage | Foot print | Type name |
---|---|---|
VISO 10.2 kV | 190mm x 140mm | CM1350HG-90X (VCCmax=3400V) CM1500HG-90X (VCCmax=3200V) |
130mm x 140mm | CM900HG-90X (VCCmax=3400V) CM1000HG-90X (VCCmax=3200V) |
|
VISO 6 kV | 190mm x 140mm | CM1350HC-90X (VCCmax=3400V) CM1500HC-90XA (VCCmax=3000V) |
Table 1: 4500V X-Series Line-up
Improving the Module Power Density
The most challenging requirement was increasing the module power density. The development target was achieved mainly by using the new 7th Gen. Chipset. The 7th Gen. IGBT chip, shown in Figure 2, contributes several significant cutting-edge features. The Carrier Stored Trench-gate Bipolar Transistor structure (CSTBT™) allows reduction of the IGBT forward voltage. The new LNFLR (Linearly- Narrowed Field Limiting Ring) chip termination structure allows for an increase in the active chip area and thereby a reduction of the thermal resistance. Finally, the partial P-Collector technology allows a special capability to manage a wide RBSOA.
Furthermore, the overall packaging technology of 4500V X-Series is improved for managing the increased power density. The optimized internal chip layout reduces the module thermal resistance and increases the power cycling capability. As a result, the junction-tocase thermal resistance was reduced by more than 20% compared to previous R-Series (CM1350HG-90X and CM1200HG-90R). The module performance has been proven and specified for a wide operation temperature range from -50°C to 150°C. The previous 4500V module generations were specified up to 125°C.

Figure 2: 4500V 7th Gen. Chip structure
Two different 7th Gen chip set are available, optimized for high and low switching frequency applications respectively. The X-Type chip set is designed for high switching frequency application (> 350Hz). The XA-type chip set achieves the lowest possible forward voltage for the IGBT and the diode. The intended switching frequency ranges from 100Hz to 350Hz. The trade-off between the forward voltage and reverse recovery switching energy for X- and XA- diode is shown in Figure 3.

Figure 3: Diode trade-off between X- and XA device type
Safe Operating Area (SOA) for Each Application
The DC-link voltage is one of the most important stress factors influencing the SOA of IGBT module. Some applications do not require high DC-link voltage. For such cases, the SOA and with it the permitted maximum current rating increase.
The 4500V X-Series device is designed to operate at a maximum DC-link voltage of 3400V. In this case, the module’s rated current is 1350A (CM1350HG-90X). If the required maximum DC-link voltage is reduced to 3200V, the rated current increase up to 1500A (CM1500HG-90X). Both modules have the same electrical characteristics but have different SOA specifications. Each device undergoes shipping tests according to the defined maximum DC-link voltage respectively.
Example of a 3-level NPC Inverter Application
One of the targeted applications for the 4500V modules is the medium voltage (MV) drive application. For these drives, the output voltage range is between 2.3kV and 13.2kV [2]. The most common voltage levels are: 3.3 kV, 4.16kV, 6kV and 6.6kV. For these output voltages, 3-level topology is widely used. For example, these voltages can be covered by devices such as the CM1500(1350)HG-90X (as shown in Table 2). For output voltage levels higher or equal than 4160V - series connection of 4500V modules becomes necessary.
Inverter output voltage VOUT [Vrms] | Total required inverter DCLink voltage VDC_link [V] | IGBT blocking voltage VCES IGBT [V] | IGBT Series connection | IGBT DC-Link voltage VCC_IGBT [V] |
---|---|---|---|---|
3300 | 4800 | 4500 (CM1500HG-90X) | No | 2400 |
4160 | 6200 | 4500 (CM1500HG-90X) | Yes | 1600 |
6000 | 8800 | 4500 (CM1500HG-90X) | Yes | 2200 |
6600 | 9600 | 4500 (CM1500HG-90X) | Yes | 2400 |
Table 2: Example for 4500V IGBT module based 3-level NPC configurations
Scalability towards lower power ranges can be realized with the CM900HG-90X device or the H- and R-Series modules. The following example shows the potential of the new X-Series compared to the first H-Series in terms of power loss reduction. For the VOUT=3300V output voltage, the necessary DC-Link voltage is about 4800V. In 3-level NPC-configurations, the IGBT module would experience the half the total DC-Link (2400V). In case the heatsink potential would be connected to the middle of the DC-Link the IGBT Module isolation voltage of 10.2 kV(rms) would be sufficient to cover in Table 2 mentioned inverter output voltages.

Figure 4: Comparison of the power loss simulation result using the H- and X-Series 190mm x 140mm modules.
Figure 4 shows the power loss simulation versus output current for CM900HG-90H H-Series device and CM1350HG-90X X-Series device. The simulation conditions are:
- Switching frequency fsw=0.5kHz
- Power factor p.f.=0.85
- Modulation index m=1
- Junction temperature TJ=125°C
There are two possibilities for utilizing the performance of new X-Series power modules. One possibility is a reduction of the IGBT module power losses. The power losses decrease by about 10% compared to the H-Series. The other possibility is increasing the inverter output current. The output current can be increased by about 25% compared to the H-Series. In addition, 150°C operation of X-series enables to increase even more output current than 125°C operation.
Conclusion
The newly developed 4500V X-Series enables significant increase in the inverter output power. Key enabling factors are an increased maximum junction temperature of 150°C, an improved thermal management and reduced power losses in the module. A large line-up and backward compatibility to H-Series and R-Series ensures a flexible converter design and an easy design-in. Furthermore, two different chip sets (X-type and XA-type) facilitates the optimal operation at required switching frequencies.
References
[1] Mitsubishi Electric Corporation, “Mitsubishi Electric to Expand Lineup of X-Series HVIGBT Modules,” Press Release No. 3094, May 2017
[2] Prof. Dr. M. Hiller, “Leistungselektronik mit Si-Bauelementen für die Mittelspannung”, Tagungsband des 1. Industriearbeitskreis Mittelspannungs-Leistungelektronik [Proceedings of the 1. Industry Working Group Medium-Voltage Power Electronics], Fraunhofer ISE, Berlin, Germany, 2016.
Related posts


Leave a comment