Warum kundenspezifische Leistungsmodule von Prodrive Technologies anstelle von Lösungen von der Stange wählen?

Eine Reihe von Standard-Leistungsmodulen ist bereits ab Lager verfügbar, aber es zeichnet sich jetzt ein Trend ab, Leistungsmodule zu wählen, die speziell für jede Anwendung entwickelt wurden.

Was viele Menschen nicht wissen, ist, dass die Leistungsmodule, die in so vielen Stromumwandlungsprodukten verwendet werden, weitgehend deren Lebensdauer und Zuverlässigkeit bestimmen. Hersteller müssen sich daher je nach Leistungsmodul zwischen Leistung, Kosten und Zuverlässigkeit entscheiden.

Eine Reihe von Standard-Leistungsmodulen ist bereits ab Lager verfügbar, aber es zeichnet sich jetzt ein Trend ab, Leistungsmodule zu wählen, die speziell für jede Anwendung entwickelt wurden.

Was treibt das Wachstum für kundenspezifische Leistungsmodule an?

Die meisten Produkthersteller haben bisher generische Leistungsmodule bezogen, die für die Anwendung „OK“ sind, aber immer eine Art Kompromiss erfordern. In vielen Fällen müssen sie eine Lösung überdesignen, um die gewünschte Leistung zu erreichen. Das Beste, was ein Kunde in diesem Szenario anstreben kann, ist die Auswahl einer Lösung, die die geringste Anzahl von Chips (Leistungstransistoren) erfordert, zu Kosteneinsparungen führt oder bei der die Module zuverlässiger und langlebiger sind.

Was wir jedoch sehen, ist Wachstum in mehreren Bereichen, in denen Hersteller das Potenzial einer kundenspezifischen Leistungsmodullösung für ihre Produkte erkennen.

Mehrere mögliche Anwendungen treiben diese Nachfrage voran:

- Impulsleistung – dazu gehören Produkte wie Verstärker, Linearantriebe und Elektrowerkzeuge

- Kontinuierlich hohe Leistung - Elemente wie ein Traktionswechselrichter oder ein Festkörpertransformator

- Äußerst zuverlässige Stromversorgung – Satelliten, Anwendungen in der Luft- und Raumfahrtindustrie und USV-Backup-Einheiten (unterbrechungsfreie Stromversorgung) für Computer sind alle darauf angewiesen

Dieser Bedarf wird durch andere Faktoren, die den Strommarkt im Allgemeinen beeinflussen, noch verstärkt. Die Halbleiterleistung nimmt schnell zu (angetrieben durch den Übergang von Si zu SiC und GaN), und die Verpackung wird zu einem einschränkenden Faktor, um die höchste Leistung aus diesen Chips herauszuholen.

Generische Leistungsmodule sind nicht problemlos

Fakt ist, dass Leistungsmodule beim Ein- und Ausschalten thermisch belastet werden (d. h. sich erwärmen). Die Chips in Modulen können eine erhebliche Wärmemenge abführen, was zu einer schnellen Erwärmung und Abkühlung der Materialien im Gehäuse führt.

Die thermische Schwingung verursacht Spannungen in und zwischen den Materialien, da ihre Wärmeausdehnungskoeffizienten normalerweise nicht übereinstimmen. Dies ist einer der Hauptgründe dafür, dass Leistungsmodule rechtzeitig ausfallen, und ist daher eine treibende Kraft für Hersteller bei der Suche nach kundenspezifischen Lösungen, die auf ihren speziellen Anwendungsfall zugeschnitten sind.

So optimieren Sie Leistungsmodule

Es gibt mehrere Möglichkeiten, das Chip-Packaging in hochintegrierten Leistungsmodulen zu optimieren. Wie zum Beispiel:

- Integrieren von Entkopplung und Snubber

- Integration des Gate-Treibers

- Verwendung eines Kelvin-Quellterminals

- Mechanische Optimierung der Die-Attach-Schichten

- Abstimmung des thermischen Verhaltens mit Isolierung und Wärmeverteilern

- Eine Kombination mehrerer Lösungen

Integration elektrischer Komponenten in das Modul

Auf der elektrischen Seite ermöglicht die Integration von Komponenten in das Modul, die typischerweise auf PCBs (Printed Circuit Boards) außerhalb des Moduls zu finden sind, die Optimierung kritischer Parameter. Beispielsweise ermöglicht die Integration der Entkopplung und der Snubber die Optimierung der Leistungsschleife.

Gleichzeitig ermöglicht die Integration des Gate-Treibers und die Verwendung eines Kelvin-Source-Anschlusses optimale Gate-Treiberschleifen, was zu einer höheren Effizienz und weniger Welligkeit führt.

Mechanische Optimierung, um die Leistung von Standardlösungen zu übertreffen

Eine mechanische Optimierung kann beispielsweise durch die Auswahl von Die-Attach-Schichten, Isoliermaterialien und Wärmeverteilern erfolgen, um das thermische Verhalten des Moduls abzustimmen und die Zyklen bis zum Ausfall im Vergleich zu Standardlösungen erheblich zu erhöhen.

Diese Lösungen können zu einer höheren Lebensdauer oder einer höheren Leistungsdichte führen, wenn derselbe Chip verwendet wird, oder alternativ zu niedrigeren Kosten für die gleiche Leistung, indem niedriger bewertete Chips verwendet werden.

Bei Prodrive Technologies kombinieren wir mehrere Lösungen in unseren eigenen kundenspezifischen Si-IGBT- und SiC-MOSFET-Leistungsmodulen.

Kundenspezifische Leistungsmodule helfen Ihnen, bessere Produkte herzustellen

Durch die Auswahl einer Technologie basierend auf der Anwendung ist es möglich, die Leistung, Zuverlässigkeit und das Kostenziel für jedes Modul zu optimieren. Kundenspezifische Leistungsmodule sind in der Regel auch kompakter, da sie speziell für eine Anwendung entwickelt wurden und die kürzesten Schleifen für die kleinsten Parasiten bieten. Die viel kleinere Kommutierungsschleife, die Prodrive Technologies erreichen kann, ist größtenteils durch die intelligente Integration der passiven Komponenten in das Modul möglich.

Für unsere Kunden bedeutet dies, dass sie ein überlegenes Produkt produzieren und vermarkten können, das zuverlässiger zum richtigen Preis ist und gleichzeitig den Designaufwand und die Time-to-Market minimiert. Wenn beispielsweise zwei Standard-Leistungsmodule normalerweise zusammen verwendet werden, ergeben sich Herausforderungen im Zusammenhang mit dem Ausgleich. Stattdessen könnte eine einzelne kundenspezifische Lösung verwendet werden. Dies reduziert typischerweise die Gesamtkosten.