Transfer Mold IPM Familie „SLIMDIP“ mit 5A/15A 600V RC (Reverse Conducting) – IGBT in einem kompakten Gehäuse

Abbildung 1: Zeigt das interne Blockdiagramm des RC-IGBT, LVIC und HVIC sowie die integrierten Bootstrap-Schaltungen.

Vorteile des RC-IGBT

Die RC-IGBT-Technologie bietet dem SLIMDIP-Fertigungsprozess vor allem im Montageprozess Vorteile, da sie einfacher ist. Es werden nur halb so viele Verbindungen zwischen dem Chip und der Diode benötigt, und es findet keine Leitfähigkeit über die Aluminiumdrähte vom IGBT zur Diode statt. Die Verfügbarkeit einer Freiflussfunktion im RC-IGBT-Chip, z. B. ohne extern angeschlossene Diode, spart Platz im Modul und ermöglicht ein kostengünstiges und kompaktes Gehäusedesign.

Abbildung 2: SLIMDIP Photo

Gehäusedesign

Das neue SLIMDIP-Gehäuse ist eine Weiterentwicklung des DUAL INLINE-Konzepts der Super Mini DIPIPM Version 6, jedoch mit weiterentwickeltem Trägerrahmen und integrierten Funktionen. Das kompakte Gehäuse mit Abmessungen von nur 18,8 mm x 32,8 mm verfügt über Steueranschlüsse in Zickzack-Anordnung, die einen ausreichenden Lochabstand gewährleisten, sowie einen äußeren Ring, der aufwändige Leiterplattenfertigungsprozesse wie Feinraster etc. vermeidet. Struktur und Layout der Steuer- und Leistungsanschlüsse sind in Abbildung 2 dargestellt.

Abbildung 3: Verbesserte Pinbelegung

Das Anschlusslayout wurde im Vergleich zum Super Mini DIPIPM-Design weiter optimiert. Die Bootstrap-Kondensatoren verfügen über dedizierte Anschlüsse, und die Leiterbahnen unterhalb des SLIMDIP-Fußbereichs zu den entsprechenden Ausgangsanschlüssen sind nicht mehr erforderlich.

Die optimierte Anschlussbelegung des Trägerrahmens vereinfacht somit das Leiterplattendesign. und ermöglicht eine kostenoptimierte Schaltungsentwicklung für die Implementierung eines kompletten Motorantriebs auf einer einzigen Leiterplattenseite. Wie in dieser Abbildung dargestellt, verfügt das SLIMDIP über eine offene Emitterstruktur, die die Messung von Phasenströmen erlaubt, wenn alle Low-Side-IGBTs eingeschaltet sind, beispielsweise während einer Phase der Pulsweitenmodulation (PWM) mit niedriger Nullvektor-Einstellung. Bei Verwendung als SMD-Bauteil passen Shunt-Widerstände perfekt unter den SLIMDIP-Fuß und reduzieren die Eigeninduktivität der gesamten DC-Zwischenkreisstruktur entsprechend.

Leistungsvergleich

Neben dem verbesserten Design des neuen SLIMDIP-Gehäuses wurden für dieses neu entwickelte Bauteil eine Reihe von Leistungsverbesserungen erzielt. So wurde die maximale Gehäusetemperatur erhöht: Während das Super Mini DIPIPM-Gehäuse zuvor für eine maximale Gehäusetemperatur von 100 °C spezifiziert war, liegt die maximale Gehäusetemperatur des neuen SLIMDIP bei 115 °C.

Abbildung 4: Evaluierungsboard

Schutzfunktionen:

Der Schutz der Leistungsstufe ist eine wichtige Aufgabe des IPM. Im Steuerteil des LVIC und HVIC wird eine dedizierte Schaltung verwendet, die auch eine Pegelumsetzungsfunktion umfasst. Unterspannungsschutz und Kurzschlussschutz sind Standardschutzfunktionen, die in Transfer-Mold-IPM-Module integriert sind. Als Innovation verfügt der neu entwickelte SLIMDIP über eine thermische Schutzfunktion namens „Überhitzungsschutz“ und generiert gleichzeitig ein präzises Signal proportional zur „VOT“-Temperatur. Dadurch kann bei Annäherung an einen thermischen Grenzwert, wie beispielsweise die Überhitzungsschwelle, ein Eingreifen erfolgen, um ein plötzliches Abschalten des Antriebs zu verhindern.

Tabelle 1: Erweiterte SLIMDIP-Spezifikation

Evaluierungsplattform:

Die Funktionen und neuen Erweiterungen des SLIMDIP können mit dem entwickelten Evaluierungsboard überprüft werden.