CM200TU-12F IGBT模塊的概述和應用
CM200TU-12F IGBT模塊的概述和應用
CM200TU-12F是一种用于工业电机驱动器、逆变器和能源系统的高功率IGBT模块。它处理200A电流和600V电压，使其在重型应用中有效且可靠。通过快速开关、低功率损耗和强大的热控制，这是您寻找散装功率模块的绝佳选择。本文介绍了其功能、用途和购买技巧，以帮助您做出正确的选择。
CM200TU-12F描述
这CM200TU-12F是Powerex的高功率IGBT模块，专为工业应用中的高效功率转换而设计。它以200A的集电极电流和600V的集电极发射极电压运行，使其非常适合通用逆变器、伺服控制和电动机驱动器。该模块将六个IGBT元件集成在一个绝缘套件中，从而确保低传导损耗和改善的热性能。其稳健的绝缘层增强了安全性和耐用性，从而降低了电断层的风险。
CM200TU-12F凭借其可靠的开关功能，在保持低功耗的同时支持高频操作，使其成为工业自动化和能源系统中的首选选择。对于寻求高效耐用电力模块的企业，该三菱IGBT模块是一项很好的投资。
CM200TU-12F功能
- 高功率处理 -最多支持200A集电极电流，使其适用于需要高功率的工业应用。
- 高压等级 -以600V的集电极发射极电压运行（VCE(SAT)），允许其处理中等到高电压应用。
- 六个IGBT元件 -在一个封装中集成了六个绝缘的栅极双极晶体管（IGBT），减少了组件数量并简化电路设计。
- 低传导损耗 -通过低压降来确保有效的能量转换，以提高性能。
- 快速开关速度 -针对高频操作进行了优化，减少功率耗散和发热。
- 绝缘封装 -提供内置的电气绝缘材料，增强安全性并防止短路。
- 强大的热管理 -通过有效的热耗散设计，可确保在连续的高负载下进行稳定的操作。
CM200TU-12F电路图
电路图表示CM200TU-12F IGBT模块的内部结构，该模块是三相逆变器桥。它由以典型的三相逆变器配置排列的六个IGBT开关组成，每个阶段具有上下开关。每个IGBT都与自由轮的二极管配对，以处理反向电流，从而确保有效的开关和最小化电压尖峰。
每个相位腿（U，V和W）在高侧和低侧IGBT之间连接，从而允许电流控制。GATE驱动端子（GUP，GVP，GWP，用于上部IGBTs和GUN，GVN，GWN，用于下部IGBT的GWN）指示使用外部控制信号以打开和关闭开关的位置。发射极终端（EUP，EVP，EWP，EUN，EVN，EWN）为外部电路提供了连接点。
CM200TU-12F最大额定值
符号 | 范围 | 情况 | 额定值 | 单位 |
|---|---|---|---|---|
VCE(SAT) | 集电极发射极电压 | g-e短路 | 600 | V |
VGE(SAT) | 栅极发射机电压 | c-e短路 | ±20 | V |
IC | 集电极电流 | Tc= 25°C | 200 | A |
ICM | 脉冲（注2） | 400 | ||
IE（注1） | 发射极电流 | Tc= 25°C | 200 | A |
IEm（注1） | 脉冲（注2） | 400 | ||
PC（注3） | 最大集电极耗散 | Tc= 25°C | 590 | W |
Tj | 结温 | - | -40〜 +150 | °C |
TSTG | 存储温度 | - | -40〜 +125 | °C |
VISO | 隔离电压 | 终端到基板，F = 60Hz，AC 1分钟 | 2500 | VRMS |
- | 扭矩强度 | 主端子M5螺钉 | 2.5〜3.5 | N·m |
- | 安装M5螺钉 | 2.5〜3.5 | N·m | |
- | 重量 | 典型的值 | 680 | g |
注释：
- IE，VEC，tRR，dVEC/dt代表反向，发射极-集电极自由轮二极管（FWDI）的特征。
- 脉冲宽度和重复率应该使设备结温（Tj）不超过Tj(max)等级。
- 结温（Tj）不应超过150°C。
- 脉冲宽度和重复率应等导致温度升高。
*1：案例温度（Tc）大綱圖中指示了測量點。
*2：通過使用λ= 0.9 [w/（m•k）]的熱導電油脂來測量典型值。
*3：如果使用此值，rTH（F-A）應在芯片下方測量。
CM200TU-12F性能曲线
这输出特性图（左）CM200TU-12F模块显示了集电极发射极电压之间的关系（VCE）和集电极电流（Ic）在不同的栅极发射机电压（VGE）。在25°C的结温下，曲线表明增加VGE导致更高的集电极电流，从而使更多传导。例如，在VGE= 20V，集电极电流超过350A，VCE大约2V，显示设备可以处理低电压降的高电流的能力。
这集电极-发射极饱和电压特性图（右）说明了如何VCE(SAT)随着集电极电流的变化（Ic）在两个不同的温度（25°C和125°C）下。随着电流的增加，饱和电压也会上升。较高的温度（125°C）导致略低VCE(SAT)，这表明由于温度升高时的内部电阻降低而提高了导电率。这种行为有助于减少在高功率条件下的传导损耗。
这集电极-发射极饱和电压特性图（左）显示如何VCE(SAT)随着栅极发射器电压而变化（VGE）在不同的集电极电流（Ic）。在Tj= 25°C，饱和电压降低为VGE提高到一定点，稳定在15V以上。较高的集电极电流，例如400A，导致更高VCE(SAT)与较低的电流（如80A）相比。这种行为强调需要足够的门电压来减少传导损耗。
这自由轮二极管前向特性图（右）描述了发射极电流的关系（Ie）和发射极接收器电压（VEC）在Tj= 25°C。随着电压的增加，电流呈指数上升，显示了二极管的传导行为。该图表明，在较低的电压下，二极管传递最小的电流，但ASVEC超过1V，传导迅速增加，可确保在切换应用中有效的自由轮操作。
这电容与VCE特征图（左）显示输入如何（Ciss）， 输出（Coss）和反向转移（Cres）电容器通过集电极发射极电压变化（VCE）在VGE= 0V。作为VCE增加，两者均Coss和Cres减少，而Ciss保持相对稳定。这表明在高电压下，该设备显示出较低的电容，减少开关损耗并提高高功率应用的效率。
这半桥切换特性图（右）呈现模块的切换时间VCC = 300V，，，，VGE =±15V， 和Tj= 125°C。上交延迟时间（tad））和上升时间（tr）作为收藏家的当期增加Ic上升，这意味著更高的电流导致转交速度较慢。同样，关闭延迟时间（toff））和秋季时间（tf）显示轻微的V ariat离离子，影响总切换时间。在高頻切换应用中平衡效率和热性能是需要优化这些参数的。
CM200TU-12F替代方案
模型 | 电流等级（A） | 电压等级（V） | 特征 |
|---|---|---|---|
CM200DY-12H | 200 | 600 | 双模块，非常适合电动机驱动器和工业逆变器 |
CM200DU-12F | 200 | 600 | 类似于CM200TU-12F不同包装设计 |
7MBR200U4B120-50 | 200 | 1200 | 较高的电压容量，适合高功率应用 |
FS200R12KE3 | 200 | 1200 | 低开关损耗，增强的热效率 |
PM200CLA060 | 200 | 600 | 针对逆变器和伺服控制系统优化 |
CM200TU-12F和CM200DY-12H的比较
特征 | CM200TU-12F | CM200DY-12H |
|---|---|---|
配置 | 一个封装中的六个IGBT元件 | 半桥模块，带有两个IGBT |
集电极电流（IC） | 200A | 200A |
集电极发射极电压（VCE） | 600V | 600V |
拓扑 | 用于并行操作的多IGBT模块 | 切换的半桥设计 |
开关速度 | 针对高頻应用优化 | 专为快速开关操作而设计 |
传导损耗 | 低VCE(SAT)，减少功率损失 | 低VCE(SAT)，提高效率 |
热效率 | 有效的散热 | 隔离的底板以获得更好的热管理 |
内置的自由轮二极管 | 不 | 是（超快速恢复二极管） |
绝缘 | 隔热封装以提高安全性 | 隔离的底板用于电气绝缘 |
主要应用 | 通用逆变器，工业电源 | 交流电机控制，运动/伺服控制，UPS，焊接设备 |
安装类型 | 螺钉式端子 | 螺钉式端子 |
尺寸和重量 | 紧凑，轻巧的设计 | 由于半桥的设计，稍大一点 |
CM200TU-12F优势和缺点
优势
- 高功率能力 -处理200A，使其非常适合重型工业应用。
- 高压支撑 -在600V下运行，确保与中和高电压系统的兼容性。
- 多IGBT设计 -具有六个IGBT元件，可实现并行操作，以提高效率。
- 低能量损耗 -设计低VCE(SAT)减少功率损失并提高性能。
- 有效冷却 -为有效的散热而建造，确保在连续负载下进行稳定的操作。
- 绝缘住房 -提供电绝缘材料，增强高功率环境中的安全性和耐用性。
缺点
- 笨重的设计 -它的多IGBT结构增加了大小，这可能不适用于紧凑的系统。
- 没有内置的自由轮二极管 -需要外部二极管来保护电压尖峰，并增加额外的组件。
- 更高的切换损耗 -不如新型IGBT模型高效，导致功率耗散略有。
- 需要强烈的冷却 -在高电流下产生热量，要求有效的热管理。
购买CM200TU-12F时需要考虑的因素
- 电压和电流等级 -确保600V电压等级和200A电流容量符合您系统的电源需求。
- 热管理需求 -产生热量，需要适当的冷却解决方案，例如散热器或强制空气。
- 应用适用性 -工业逆变器，电动机驱动器和伺服控制的理想选择。确认它适合您的要求。
- 尺寸和安装要求 -具有较大的占地面积，可能不适用于紧凑的系统设计。
- 需要外部组件 -缺少内置的frofewheeling二极管，因此电压尖峰保护需要外部二极管。
- 开关速度和效率 -与更新的IGBT模型相比，开关损耗可能略高。
CM200TU-12F常见问题和解决方案
- 过热 -该模块在大量使用中变得非常热，这可以降低其寿命。解决方案：使用良好的散热器，改善气流或添加液体冷却以保持低温。
- 高功率损耗 -切换时可能会浪费更多的能量，从而降低效率。解决方案：调整门驱动电路，使用正确的门电阻并优化开关速度。
- 电压尖峰 -如果沒有內置二極管，可能會發生突然的電壓飆升，這可能會損害電路。修復：添加外部二極管，並使用冷靜電路來防止尖峰。
- 大尺寸 -該模塊佔用了很多空間，這可能不適合小型設備。修復：確保您有足夠的空間或考慮較小的替代方案。
- 短路风险 -电流过多会损坏模块。解决方案：使用快速保险丝或电流限制器防止故障。
- 门驱动问题 -信号差会导致缓慢或不稳定切换。解决方案：使用正确的门电阻，并确保清洁信号以使操作平稳。
CM200TU-12F应用程序
- 工业运动驱动器 -用于工厂，泵和输送机的AC和DC电机控制中，以确保运行平稳有效。
- 电源逆变器 -将直流电转换为太阳能系统，UPS和工业电力供应中的交流电源，从而提高能源效率。
- 伺服驱动器 -控制机器人臂，CNC机器和自动化系统，以确保精确的运动控制和快速响应时间。
- 焊接机 -有助于调节电弧焊接和等离子体切割中的功率，从而提供稳定和控制的电流流量。
- 可再生能源系统 -用于太阳能逆变器和风能转换器，以有效地管理高电压能量转换。
- HVAC系统 -在供暖，通风和空调单元中为压缩机和风扇提供了优化能源消耗的功率。
- 铁路牵引力 -用于电动列车和电车用於电动转换和电动机控制，从而改善了速度调节。
CM200TU-12F包装尺寸
CM200TU-12F包装轮廓尺寸为安装和集成到电力系统提供了精确的测量。该模块的长度为107mm，宽度为102mm，使其用于高功率应用。高度为29毫米，可确保低调的设计非常适合受约束的空间。主电源端子（P，N，U，V，W）的间隔可用於安全的高电流连接，M5螺母可确保牢固的握力。门和发射极控制引脚位于模块的顶部，清楚地标记为易於接线。拐角处的安装孔（Ø5.5mm）允许在散热器或系统外壳上稳定。此外，TC测得的点标记为准确的热监测，以保持效率和防止过热所需。该设计可确保在工业和电力电子应用中的可靠性，易於安装以及最佳的热管理。
结论
CM200TU-12F是一个功能强大且耐用的IGBT模块，非常适合大功率工业系统。它提供了强大的性能，有效的冷却和可靠的切换，但需要适当的热管理和外部二极管。批量订货可确保稳定的供应量，并为您的大规模生产需求提供更好的定价。