全球向风能、储能
、氢气生产和光伏(PV)系统等可再生能源的转型

，推动了对高性能和卓越可靠性的电力电子产品的需求。三菱电机通过新一代电力模块来满足这些需求
，这些模块将先进的封装技术与尖端的芯片设计相结合
。

　　这一创新的核心是Solid Cover+(SLC+)结构，这是对之前Solid Cover(SLC)技术的重要升级。新开发的SLC+结构旨在增强电力循环能力
，这在确保电力模块在苛刻操作条件下的长期可靠性方面至关重要。更新后的SLC+结构与三菱电机最新的低损耗第七代2.5 kV芯片组集成在一起
，提供了性能和耐用性的理想结合。

　　2.5 kV的电压等级被特别选择为1000 Vac和1500 Vdc系统的最佳解决方案。这一选择是在长期直流稳定性(LTDS)和电力损失之间经过深思熟虑的折中，确保该模块在可再生能源应用中提供高效率和可靠性能。这些新模块专为满足风能、储能、氢气生产和光伏系统中高性能应用的严格要求而设计。

　　凭借这些创新
，三菱电机致力于在最具挑战性的可再生能源环境中最大化效率和可靠性。

　　SLC+结构

　　增强模块性能和可靠性的核心是SLC+结构，该结构经过了电力循环能力的改进。

　　铝合金连接线

　　SLC+结构引入了一种先进的铝合金连接线
，其屈服强度显著高于传统的连接线。这一改进至关重要
，因为它直接解决了SLC模块电力循环失败的主要原因之一——“连接线开裂”
。在电力循环中，材料的反复膨胀和收缩可能导致机械应力，从而最终导致连接线开裂。SLC+结构中的铝合金线设计得能更有效地承受这些应力，提高电力循环能力。这一改进不仅延长了模块的使用寿命
，还增强了其在风能转换器等典型应用中在温度波动条件下的可靠性
。尤其是铝合金线的增强特性与SLC技术的硬树脂封装相结合，显著提高了电力循环能力。

　　硬金属化层

　　SLC+结构的另一个关键特征是应用于芯片表面的硬金属化层。在传统电力模块中，芯片电极由于机械应力和热膨胀而容易开裂。这种裂纹可能导致模块的灾难性故障，使整个系统失效。SLC+结构中的硬金属化层充当保护屏障
，防止裂纹形成并保持芯片电极的完整性。这与改进的连接线相辅相成，产生协同效应，显著增强模块的整体稳健性
。

　　电力循环性能

　　通过三菱电机进行的电力循环测试展示了SLC+结构的好处

。这些测试旨在重现电力模块在可再生能源系统中所面临的严酷操作条件，特别是发电机侧风力涡轮变换器中的热循环。在ton=0.1 s
、Tjmax=150°C和ΔTj=50 K的条件下，采用SLC+结构的2.5 kV LV100模块表现出超过4000万次的电力循环能力。值得注意的是
，这一性能在没有任何故障的情况下实现
，展示了改进的SLC+结构设计的有效性。

　　这一进步相比于传统电力模块而言，具有显著优势，后者在类似条件下通常表现出降解或失败的迹象。SLC+模块增强的电力循环能力确保其在最苛刻的应用中能够可靠运行，特别是在可再生能源系统中

，计划外的维护或停机可能导致重大的财务损失并中断能源生产
。

　　2500V低LTDS FIT率

　　该模块中使用的2.5 kV IGBT和二极管芯片组经过优化
，以满足1500 Vdc / 1000 Vac系统的要求
。这种优化涉及在最小化功率损失、控制结温和增强长期直流稳定性(LTDS)鲁棒性之间达到微妙的平衡。这些因素在决定模块的效率和可靠性方面至关重要。芯片尺寸

、导通和开关损耗特性经过调节，以适应风能和储能系统等可再生应用中的变换器
。设计高压模块的一大挑战是确保其对宇宙射线的鲁棒性
，因为宇宙射线可能引发故障
，尤其是在长期暴露于高直流电压和/或高海拔的环境中。尽管宇宙射线引发的故障较为罕见，但可能导致突然和不可预测的模块故障。2.5 kV模块的增强LTDS能力得益于2.5 kV芯片设计和出色的较低FIT率，使其成为需要长期可靠性和稳定性与高效率相结合的应用的理想选择。

　　模块损耗和热性能

　　在可再生应用的典型工作条件下评估了SLC+结构的2.5 kV模块的实际优势
。与标准1.7 kV(CM1200DW-34T)模块进行的模拟比较显示出几个关键好处，特别是在风能应用中
。

　　该模块实现了出色的低损耗开关性能，在150°C下的波形中得到了验证。得益于LV100封装的内置杂散电感降低，2.5 kV模块经历低的关断和恢复浪涌
，导致平滑和快速的开关。这种降低的电感使得芯片在损耗降低方面进行了优化
。

　　通过在2.5 kV模块的支持下以更高电压运行，同时保持相同的系统输出功率，实际电流可以减少。输出电流的减少允许在不影响整体性能的情况下，轻微增加导通电压。2.5 kV IGBT的导通电压比1.7 kV版本高约15%
，而2.5 kV二极管的正向电压仅高出5%
。强大的二极管性能是专门设计的
，因为在风能和氢气应用的整流器中
，二极管损耗至关重要
。

　　在比较2.5 kV和1.7 kV模块之间的功率损耗和结温时，2.5 kV模块在相同的结温(150°C)下提供了约15%的更高输出功率
。这在风能系统中尤其有利，新模块可以在不超过热限制的情况下实现更高的功率输出。

　　此外，从热性能上来看，在典型工作条件下，2.5 kV模块的IGBT和二极管温度非常相似，导致设备使用效率高且延长了电力循环寿命，因为没有一个设备造成热量或寿命瓶颈，而另一个设备没有完全发挥作用。2.5 kV模块中的温度波动(ΔTj)的降低最小化了在负功率因子操作条件下二极管作为瓶颈的情况，并有助于延长电力循环寿命。

　　总结

　　2.5 kV IGBT模块与LV100外壳和SLC+结构的结合
，标志着可再生能源应用电力电子设计的一次飞跃
。通过解决热与电力循环、电力密度、高效率以及宇宙射线引发的故障等关键挑战
，该模块为1500 Vdc或1000 Vac逆变器系统的可再生应用提供了可靠且高效的解决方案
。

　　该模块增强的电力循环能力，结合高LTDS鲁棒性和高效率特性

，使其特别适合于要求严格的可再生能源系统。随着行业不断追求更高的效率和更大的可靠性，像SLC+结构这样的创新将在确保电力电子能够满足这些需求方面发挥重要作用。

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