3 Hersteller von Leistungsmodule im Jahr 2024

Was ist Leistungsmodule?

Ein Leistungsmodul ist ein Produkt, bei dem stromversorgungsbezogene Schaltungen durch die Kombination mehrerer Leistungshalbleiter in einem einzigen Modulgehäuse integriert sind.

Durch die Kombination der erforderlichen Funktionen in einem IC (integrierten Halbleiterschaltkreis) und die Optimierung des stromsparenden Designs können Leistungsmodule in einer Vielzahl von Bereichen eingesetzt werden, z. B. in Industrieanlagen in Fabriken, großen Haushaltsgeräten, Kraftfahrzeugen, Eisenbahnen und neuen Energiequellen. Der Markt für Leistungsmodule wächst weiter.

Der Markt für Leistungsmodule wächst nach wie vor schnell.

Anwendungen von Leistungsmodulen

Das bekannteste Beispiel für ein Leistungsmodul ist der Wechselrichter in Klimageräten, Kühlschränken und Waschmaschinen. Diese Wechselrichter können die Anzahl der Umdrehungen eines Motors durch Umwandlung seiner Frequenz steuern.

Durch die freie Änderung der Motordrehzahl können unnötige Bewegungen reduziert werden, was zur Energieeinsparung beiträgt. Im Gegensatz dazu können Klimaanlagen ohne Wechselrichter den Motor nur ein- und ausschalten, was zu wiederholten extremen Bewegungen wie dem An- und Ausschalten der Klimaanlage führt, was wiederum einen verschwenderischen Stromverbrauch zur Folge hat.

Wechselrichter werden zur Steuerung der Motordrehzahl verwendet und kommen auch in Elektrofahrzeugen wie HEVs und EVs zum Einsatz. Es ist wichtig, dass der Antrieb eines Fahrzeugs nicht nur ein- und ausgeschaltet ist, sondern auch den Leerlauf der Reifen erkennt und steuert.

Ohne diese Kontrolle rutscht das Fahrzeug durch. In verschneiten Gebieten muss die Leistung sicher und effizient auf die Reifen übertragen werden, und eine sehr feine Steuerung der Motorleistung ist wichtig und unverzichtbar, insbesondere bei EVs und HEVs.

Das Prinzip der Leistungsmodule

Leistungsmodule bestehen aus einer Reihe von Leistungstransistoren, die für die Stromversorgungsanwendung, für die sie benötigt werden, in einem IC optimiert sind, zusammen mit einem Bias-Drive-Schaltkreis, und sind zusammen mit den umgebenden Komponenten modularisiert, um die Spannungsfestigkeit, die Schaltgeschwindigkeit und die Effizienz im Leistungsbetrieb zu verbessern. Ein weiteres Merkmal dieses Produkts ist seine einfache Handhabung unter Berücksichtigung der Wärmeableitung von Gehäuse und Substrat.

Von den in Leistungsmodulen weit verbreiteten Leistungshalbleitern haben die Leistungstransistoren das breiteste Anwendungsspektrum und stehen derzeit im Mittelpunkt aktiver technologischer Entwicklung, vor allem durch die Halbleiter- und Materialhersteller. Bei den Leistungstransistoren gibt es mehrere Halbleiterbauelemente, darunter.

1. Bipolartransistoren

Bipolartransistoren haben eine einfache Struktur und können große Mengen an Leistung verarbeiten, haben aber den Nachteil einer langsamen Schaltgeschwindigkeit und eines hohen Stromverbrauchs und sind in letzter Zeit weniger zu einer Hauptstütze für Leistungsmodule geworden.

2. Leistungs-MOSFETs

Leistungs-MOSFETs (FETs: Feldeffekttransistoren) haben den Vorteil der schnellsten Schaltgeschwindigkeiten und des geringen Stromverbrauchs, haben aber auch den Nachteil, dass sie keine großen Strommengen verarbeiten können.

3. IGBTs

Die in den 1980er Jahren entwickelten bipolaren Transistoren mit isolierter Steuerelektrode (IGBTs) können große Stromstärken verarbeiten. Im Vergleich zu MOSFETs sind sie in der Lage, nicht viel größere Schaltvorgänge auszuführen als MOSFETs. Die Schaltungskonfiguration ist eine Kombination aus einem MOSFET und einem BJT (Bipolar Junction Transistor).

Weitere Informationen über Leistungsmodule

1. Trends bei Leistungsmodulen der nächsten Generation

SiC-MOSFETs sind in letzter Zeit als Bauelemente für Leistungsmodule der nächsten Generation in den Blickpunkt gerückt, da SiC-Substrate eine höhere Bandlückenenergie und eine höhere Durchbruchsspannung als Si-Substrate aufweisen, wodurch die Leistung von MOSFETs durch die Verwendung von SiC-Substraten erhöht werden kann.

IGBTs können auf Si-Substraten ebenfalls hohe Leistungen erbringen, aber die bipolare Struktur erschwert die Erhöhung der Schaltgeschwindigkeit, so dass SiC-MOSFETs, bei denen es sich um schnell schaltende Hochleistungsbauelemente handelt, derzeit als erste Wahl für Leistungsmodule der nächsten Generation gelten.

Die Schwäche von SiC-Substraten in der Massenproduktion, die früher eine Schwäche von SiC-Substraten war, wird jetzt überwunden, was zum Teil darauf zurückzuführen ist, dass Substrathersteller aufgrund technologischer Innovationen in der Lage sind, 6-Zoll-Substrate zu verarbeiten.

2. Leistungsmodule in Elektrofahrzeugen

Die Spannung der Lithium-Ionen-Batterie in einem Elektroauto hängt mit der Ladezeit zusammen. Ziel ist es daher, die Ladezeit durch Hochgeschwindigkeitsladen zu verkürzen und die Effizienz des Antriebsstrangs zu verbessern, der dem Motor in einem Elektroauto entspricht. Um den Wirkungsgrad des Antriebsstrangs zu verbessern, ist nun eine weitere Erhöhung der Spannung von derzeit etwa 400 V auf beispielsweise 800 V erforderlich.

Um die Hochspannungsmotoren im Fahrzeug gut steuern zu können, muss der von der Wechselrichterschaltung erzeugte Wechselstrom mit hoher Geschwindigkeit geschaltet werden, wofür Leistungsgeräte und Leistungsmodule eingesetzt werden.