IGBT-Module
Bipolartran­sistor mit iso­lierter Gate-Elektrode

In der modernen Leistungs­elektronik spielen IGBTs (Insulated Gate Bipolar Tran­sistor Module) als diskrete Bauteile überall dort eine zentrale Rolle, wo eine effiziente Schal­tung und Steuerung hoher elek­trischer Ströme und Span­nungen gefordert wird. Mit ihren drei Anschlüssen – Emitter, Kollektor und Gate – bieten sie die Vorteile sowohl von MOSFETs (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistors) als auch von bipolaren Transistoren.

Große Bedeutung von IGBTs bei hohen Effizienzanforderungen

Durch ihre hohe Schalt­geschwin­digkeit, geringen Leistungs­verlusten und der robusten Bau­weise gelten IGBTs in einer Vielzahl von Anwen­dungen als unverzichtbar - von der Auto­mobil­industrie über erneu­erbare Energie­systeme bis hin zu indus­triellen Antrie­ben und Haus­haltsgeräten.

• Umrichter für elektrische Antriebe
• 3-Phasen-Motorsteuerungen
• Batterieladesysteme
• Resonanzschaltkreise (z.B. Induktionsherd)
• Solar- und Windkraftanlagen
• Galvanik, Schweißgeräte
• USV u.a.

Diskrete IGBTs vs IGBT-Module

Während diskrete IGBTs in vielen Standard-Anwen­dungen aus­reichend sind, erfordern kom­plexe und leistungs­starke Systeme oft eine höhere Inte­gration und Zuver­lässigkeit. Hier kommen IGBT-Module ins Spiel. Diese Module kombinieren mehrere IGBTs und oft auch Frei­lauf­dioden in einem einzi­gen Gehäuse, das speziell für eine opti­mierte Wärme­abfuhr und mecha­nische Stabilität ent­wickelt wurde. Durch die Inte­gration mehrerer Bau­teile in einem Modul können die Gesamt­abmessungen reduziert, die Zuver­lässigkeit erhöht und die Montage ver­einfacht werden.

Die wichtigsten Vorteile von IGBT-Modulen

• Verbesserte Wärmeabfuhr: Durch die gemeinsame Nutzung eines Kühl­körpers und die optimierte Anord­nung der Bau­teile können IGBT-Module die Wärme effi­zienter abführen, was zu einer höheren Zuver­lässigkeit und Leis­tungs­dichte führt.
• Erhöhte Zuverlässigkeit: Die integrierte Schaltung und die Verwendung von hoch­wer­tigen Materia­lien redu­zieren das Risiko von Fehlern durch externe Einflüsse wie mecha­nische Vibra­tionen oder elektro­magne­tische Störungen.
• Vereinfachte Montage und Wartung: Durch die Kombination mehrerer Bau­teile in einem Modul wird die Montage­zeit verkürzt und die Komple­xität der Schaltung verringert. Zudem erleich­tert die modu­lare Bau­weise die Wartung und den Austausch defekter Kom­ponenten.
  
  

Eigenschaft	IGBT-Module
Funktion	Schalter für Hoch­stroman­wendungen
Steuerung	Gate-Spannung; einfache An­steuerung
Schaltverhalten	Kurze Schalt­zeiten
Verwendung	Motorsteu­erungen, Wechsel­richter
Verlustleistung	Niedrige Schaltverluste
Sonstiges	Komplexe Halbleiterbau­elemente, die die Eigen­schaften von MOSFET und bipolaren Transis­toren kombi­nieren; hohe Ströme, niedrige Durchlass­spannungen

Parameter für die technische
Auslegung von IGBT-Modulen

1. Nennspannung (Vces) / Sperrspannung: Die maximale Spannung, die das Modul tolerieren kann, ohne beschädigt zu werden.
2. Nennstrom (Ic) : Der maximale Strom, den das Modul bei bestimmten Betriebs­bedin­gungen tragen kann.
3. Schaltfrequenz: Die maximale Frequenz, mit der das Modul ge­schaltet werden kann, ohne über­mäßige Verluste zu verursachen.
4. Thermische Eigenschaften: Dies umfasst die Wärme­wider­stands­werte und die maxi­male Betriebs­tempe­ratur des Moduls.
5. Einschaltdauer (Duty Cycle): Das Verhältnis von Ein­schalt­zeit zur Perioden­dauer in einem perio­dischen Signal.
6. Gate-Emitterspannung: Die Spannung, die erfor­derlich ist, um den IGBT zu schalten und abzuschalten.
7. Kurzschlussfestigkeit: Die Fähigkeit des Moduls, kurz­zeitig hohe Ströme während eines Kurz­schlusses standzuhalten.
8. Diode Durchlassspannung und Durchlass­strom der inte­grierten Freilaufdiode

Jeder einzelne Parameter beein­flusst Leistungs­fähig­keit und Zuver­lässigkeit des IGBT-Moduls in direkter Weise und muss für jede Anwen­dung indivi­duell ausgelegt werden. Unsere CAPCOMP Experten beraten Sie dabei ausführlich. Wir empfehlen Ihnen dabei IGBTs unseres Partnerunternehmens NAINA.

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