全球向風能、儲能、氫氣生產和光伏(PV)系統等可再生能源的轉型，推動了對高性能和卓越可靠性的電力電子產品的需求。三菱電機通過新一代電力模塊來滿足這些需求，這些模塊將先進的封裝技術與尖端的芯片設計相結合。

　　這一創新的核心是Solid Cover+(SLC+)結構，這是對之前Solid Cover(SLC)技術的重要升級。新開發的SLC+結構旨在增強電力循環能力，這在確保電力模塊在苛刻操作條件下的長期可靠性方面至關重要。更新后的SLC+結構與三菱電機最新的低損耗第七代2.5 kV芯片組集成在一起，提供了性能和耐用性的理想結合。

　　2.5 kV的電壓等級被特別選擇為1000 Vac和1500 Vdc系統的最佳解決方案。這一選擇是在長期直流穩定性(LTDS)和電力損失之間經過深思熟慮的折中，確保該模塊在可再生能源應用中提供高效率和可靠性能。這些新模塊專為滿足風能、儲能、氫氣生產和光伏系統中高性能應用的嚴格要求而設計。

　　憑借這些創新，三菱電機致力于在最具挑戰性的可再生能源環境中最大化效率和可靠性。

　　SLC+結構

　　增強模塊性能和可靠性的核心是SLC+結構，該結構經過了電力循環能力的改進。

　　鋁合金連接線

　　SLC+結構引入了一種先進的鋁合金連接線，其屈服強度顯著高于傳統的連接線。這一改進至關重要，因為它直接解決了SLC模塊電力循環失敗的主要原因之一——“連接線開裂”。在電力循環中，材料的反復膨脹和收縮可能導致機械應力，從而最終導致連接線開裂。SLC+結構中的鋁合金線設計得能更有效地承受這些應力，提高電力循環能力。這一改進不僅延長了模塊的使用壽命，還增強了其在風能轉換器等典型應用中在溫度波動條件下的可靠性。尤其是鋁合金線的增強特性與SLC技術的硬樹脂封裝相結合，顯著提高了電力循環能力。

　　硬金屬化層

　　SLC+結構的另一個關鍵特征是應用于芯片表面的硬金屬化層。在傳統電力模塊中，芯片電極由于機械應力和熱膨脹而容易開裂。這種裂紋可能導致模塊的災難性故障，使整個系統失效。SLC+結構中的硬金屬化層充當保護屏障，防止裂紋形成并保持芯片電極的完整性。這與改進的連接線相輔相成，產生協同效應，顯著增強模塊的整體穩健性。

　　電力循環性能

　　通過三菱電機進行的電力循環測試展示了SLC+結構的好處。這些測試旨在重現電力模塊在可再生能源系統中所面臨的嚴酷操作條件，特別是發電機側風力渦輪變換器中的熱循環。在ton=0.1 s、Tjmax=150°C和ΔTj=50 K的條件下，采用SLC+結構的2.5 kV LV100模塊表現出超過4000萬次的電力循環能力。值得注意的是，這一性能在沒有任何故障的情況下實現，展示了改進的SLC+結構設計的有效性。

　　這一進步相比于傳統電力模塊而言，具有顯著優勢，后者在類似條件下通常表現出降解或失敗的跡象。SLC+模塊增強的電力循環能力確保其在最苛刻的應用中能夠可靠運行，特別是在可再生能源系統中，計劃外的維護或停機可能導致重大的財務損失并中斷能源生產。

　　2500V低LTDS FIT率

　　該模塊中使用的2.5 kV IGBT和二極管芯片組經過優化，以滿足1500 Vdc / 1000 Vac系統的要求。這種優化涉及在最小化功率損失、控制結溫和增強長期直流穩定性(LTDS)魯棒性之間達到微妙的平衡。這些因素在決定模塊的效率和可靠性方面至關重要。芯片尺寸、導通和開關損耗特性經過調節，以適應風能和儲能系統等可再生應用中的變換器。設計高壓模塊的一大挑戰是確保其對宇宙射線的魯棒性，因為宇宙射線可能引發故障，尤其是在長期暴露于高直流電壓和/或高海拔的環境中。盡管宇宙射線引發的故障較為罕見，但可能導致突然和不可預測的模塊故障。2.5 kV模塊的增強LTDS能力得益于2.5 kV芯片設計和出色的較低FIT率，使其成為需要長期可靠性和穩定性與高效率相結合的應用的理想選擇。

　　模塊損耗和熱性能

　　在可再生應用的典型工作條件下評估了SLC+結構的2.5 kV模塊的實際優勢。與標準1.7 kV(CM1200DW-34T)模塊進行的模擬比較顯示出幾個關鍵好處，特別是在風能應用中。

　　該模塊實現了出色的低損耗開關性能，在150°C下的波形中得到了驗證。得益于LV100封裝的內置雜散電感降低，2.5 kV模塊經歷低的關斷和恢復浪涌，導致平滑和快速的開關。這種降低的電感使得芯片在損耗降低方面進行了優化。

　　通過在2.5 kV模塊的支持下以更高電壓運行，同時保持相同的系統輸出功率，實際電流可以減少。輸出電流的減少允許在不影響整體性能的情況下，輕微增加導通電壓。2.5 kV IGBT的導通電壓比1.7 kV版本高約15%，而2.5 kV二極管的正向電壓僅高出5%。強大的二極管性能是專門設計的，因為在風能和氫氣應用的整流器中，二極管損耗至關重要。

　　在比較2.5 kV和1.7 kV模塊之間的功率損耗和結溫時，2.5 kV模塊在相同的結溫(150°C)下提供了約15%的更高輸出功率。這在風能系統中尤其有利，新模塊可以在不超過熱限制的情況下實現更高的功率輸出。

　　此外，從熱性能上來看，在典型工作條件下，2.5 kV模塊的IGBT和二極管溫度非常相似，導致設備使用效率高且延長了電力循環壽命，因為沒有一個設備造成熱量或壽命瓶頸，而另一個設備沒有完全發揮作用。2.5 kV模塊中的溫度波動(ΔTj)的降低最小化了在負功率因子操作條件下二極管作為瓶頸的情況，并有助于延長電力循環壽命。

　　總結

　　2.5 kV IGBT模塊與LV100外殼和SLC+結構的結合，標志著可再生能源應用電力電子設計的一次飛躍。通過解決熱與電力循環、電力密度、高效率以及宇宙射線引發的故障等關鍵挑戰，該模塊為1500 Vdc或1000 Vac逆變器系統的可再生應用提供了可靠且高效的解決方案。

　　該模塊增強的電力循環能力，結合高LTDS魯棒性和高效率特性，使其特別適合于要求嚴格的可再生能源系統。隨著行業不斷追求更高的效率和更大的可靠性，像SLC+結構這樣的創新將在確保電力電子能夠滿足這些需求方面發揮重要作用。

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