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Community translation - IGBT5-S5: Why outer switches are in parallel for F3L400R07W3S5_B59 NPC1 (I-Type) – KBA236129

NXTY_Yoshimura
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Hi,

I want to translate the following article into Japanese, please confirm to my work.

https://community.infineon.com/t5/Knowledge-Base-Articles/IGBT5-S5-Why-outer-switches-are-in-paralle...

Best Regards,

Taro Yoshimura

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NXTY_Yoshimura
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I translated the KBA236129 into Japanese as below.

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IGBT5-S5: F3L400R07W3S5_B59 NPC1 (I-Type)の外側スイッチが並列になる理由(KBA236129)

・NPC1回路図 

MohammedA_41_0-1663149913566.png

              図1   ニュートラルポイントクランプインバータ

1 "ニュートラルポイントクランプインバータ "と呼ばれる3レベルインバータのトポロジーを示しています。NPC1インバータは、IGBTにかかる電圧がDCリンク電圧の半分であるため、低電圧定格のIGBTを使用することができ、高電圧アプリケーションに使用されます。NPC1インバータでは、各レグに4つのIGBTと逆並列ダイオードがあり、2つのクランプダイオードを追加することで各レグが完成します。

NPC1レグにおける外側スイッチの導通期間と内側スイッチの導通期間の比較

NPC1インバータは、出力段にDCバス正電圧、ゼロ電圧、DCバス負電圧の3つの電圧レベルを提供します。

例えば、1レグ動作を考えた場合、T1T2をオンにすることで正電圧、T3T4をオンにすることで負電圧、T2T3をオンにすることでゼロ電圧を得ることができます。NPC1の動作から、内側のスイッチは外側のスイッチに比べて長い時間導通し、外側のスイッチは内側のスイッチに比べて頻繁にスイッチングすることがわかります。つまり、内側のスイッチの導通損失は高くなり、外側のスイッチのスイッチング損失は高くなる。NPC1の効率を上げるには損失を減らす必要があり、インフィニオンのF3L400R07W3S5_B59モジュールはこれを実現するのに役立ちます。

・F3L400R07W3S5_B59

image.png

               図2    NPC1の接続図

b0e9def2-97c0-4d6d-aa2a-db1f88f7ec6e.png

                図3    標準的な外観

F3L400R07W3S5_B59は、内側に1つのIGBT、外側に2つの並列IGBTNPC1レグに適したクランプダイオードが搭載されています。3つのモジュールを組み合わせることで3NPC1インバータを構成することができます。このIGBTモジュールは、EasyPACK 3B 650 V/400 ATRENCHSTOP 5、内蔵NTCサーミスタ、およびPressFITコンタクト・テクノロジーを備えており、最大125 kVA/400 Vまたは150 kVA/480 Vの電力定格の3レベルNPC1トポロジで1000 V DC PVシステムに適合しています。このモジュールは電気的機械的な利点を提供し損失を低減しています。

・F3L400R07W3S5_B59の損失低減の仕組み

このモジュールにはS5L5テクノロジースイッチが搭載されています。内側スイッチの高い伝導損失にはL5テクノロジースイッチの使用、外側スイッチの高いスイッチング損失にはS5テクノロジースイッチの使用により、それぞれ損失が最小化されています。これとは別に熱抵抗の低いAl2O3基板を使用して接合部温度の制御にも寄与しています。詳細はF3L400R07W3S5_B59のデータシートを参照してください。外側スイッチは必要な負荷電流を満足するため並列で使用して損失を低減しています。

2つのスイッチの並列使用と外側の1つのスイッチの比較

L5テクノロジを使った内側スイッチの連続定格電流は255 AS5テクノロジを使った外側スイッチの連続定格電流は130 Aです。必要な電流を満たすために2つのスイッチが並列接続されています。    

・L5テクノロジースイッチをS5テクノロジースイッチに置き換えることは可能ですか?

L5テクノロジースイッチも使用できますが全体の損失は増加するでしょう。 以下の計算では2つの異なるテクノロジースイッチによって損失がどのように減少するかを示しています。

Switching loss = (Eon+Eoff) * Fsw

15kHzのスイッチング周波数に対して:

NXTY_Yoshimura_0-1671719247143.png

この計算からS5テクノロジースイッチは、L5テクノロジースイッチに比べてスイッチング損失が小さいことがわかります。2つのスイッチを並列に使用しても結果的にスイッチング損失はS5テクノロジの方が小さくなり、電流共有のため伝導損失も小さくなります。F3L400R07W3S5_B59モジュールで外側スイッチを並列にしているのはそのためです。

このことから,F3L400R07W3S5_B59モジュールは2つの異なる技術のスイッチを使用することで、効率向上という点でより良い性能を提供できることがわかります。

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Best Regards

Taro Yoshimura

 

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Hi Taro Yoshimura san,

Confirm to work on this KBA

Thanks,
Bindu

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NXTY_Yoshimura
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I translated the KBA236129 into Japanese as below.

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IGBT5-S5: F3L400R07W3S5_B59 NPC1 (I-Type)の外側スイッチが並列になる理由(KBA236129)

・NPC1回路図 

MohammedA_41_0-1663149913566.png

              図1   ニュートラルポイントクランプインバータ

1 "ニュートラルポイントクランプインバータ "と呼ばれる3レベルインバータのトポロジーを示しています。NPC1インバータは、IGBTにかかる電圧がDCリンク電圧の半分であるため、低電圧定格のIGBTを使用することができ、高電圧アプリケーションに使用されます。NPC1インバータでは、各レグに4つのIGBTと逆並列ダイオードがあり、2つのクランプダイオードを追加することで各レグが完成します。

NPC1レグにおける外側スイッチの導通期間と内側スイッチの導通期間の比較

NPC1インバータは、出力段にDCバス正電圧、ゼロ電圧、DCバス負電圧の3つの電圧レベルを提供します。

例えば、1レグ動作を考えた場合、T1T2をオンにすることで正電圧、T3T4をオンにすることで負電圧、T2T3をオンにすることでゼロ電圧を得ることができます。NPC1の動作から、内側のスイッチは外側のスイッチに比べて長い時間導通し、外側のスイッチは内側のスイッチに比べて頻繁にスイッチングすることがわかります。つまり、内側のスイッチの導通損失は高くなり、外側のスイッチのスイッチング損失は高くなる。NPC1の効率を上げるには損失を減らす必要があり、インフィニオンのF3L400R07W3S5_B59モジュールはこれを実現するのに役立ちます。

・F3L400R07W3S5_B59

image.png

               図2    NPC1の接続図

b0e9def2-97c0-4d6d-aa2a-db1f88f7ec6e.png

                図3    標準的な外観

F3L400R07W3S5_B59は、内側に1つのIGBT、外側に2つの並列IGBTNPC1レグに適したクランプダイオードが搭載されています。3つのモジュールを組み合わせることで3NPC1インバータを構成することができます。このIGBTモジュールは、EasyPACK 3B 650 V/400 ATRENCHSTOP 5、内蔵NTCサーミスタ、およびPressFITコンタクト・テクノロジーを備えており、最大125 kVA/400 Vまたは150 kVA/480 Vの電力定格の3レベルNPC1トポロジで1000 V DC PVシステムに適合しています。このモジュールは電気的機械的な利点を提供し損失を低減しています。

・F3L400R07W3S5_B59の損失低減の仕組み

このモジュールにはS5L5テクノロジースイッチが搭載されています。内側スイッチの高い伝導損失にはL5テクノロジースイッチの使用、外側スイッチの高いスイッチング損失にはS5テクノロジースイッチの使用により、それぞれ損失が最小化されています。これとは別に熱抵抗の低いAl2O3基板を使用して接合部温度の制御にも寄与しています。詳細はF3L400R07W3S5_B59のデータシートを参照してください。外側スイッチは必要な負荷電流を満足するため並列で使用して損失を低減しています。

2つのスイッチの並列使用と外側の1つのスイッチの比較

L5テクノロジを使った内側スイッチの連続定格電流は255 AS5テクノロジを使った外側スイッチの連続定格電流は130 Aです。必要な電流を満たすために2つのスイッチが並列接続されています。    

・L5テクノロジースイッチをS5テクノロジースイッチに置き換えることは可能ですか?

L5テクノロジースイッチも使用できますが全体の損失は増加するでしょう。 以下の計算では2つの異なるテクノロジースイッチによって損失がどのように減少するかを示しています。

Switching loss = (Eon+Eoff) * Fsw

15kHzのスイッチング周波数に対して:

NXTY_Yoshimura_0-1671719247143.png

この計算からS5テクノロジースイッチは、L5テクノロジースイッチに比べてスイッチング損失が小さいことがわかります。2つのスイッチを並列に使用しても結果的にスイッチング損失はS5テクノロジの方が小さくなり、電流共有のため伝導損失も小さくなります。F3L400R07W3S5_B59モジュールで外側スイッチを並列にしているのはそのためです。

このことから,F3L400R07W3S5_B59モジュールは2つの異なる技術のスイッチを使用することで、効率向上という点でより良い性能を提供できることがわかります。

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Best Regards

Taro Yoshimura

 

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Hi, Taro Yoshimura san,

Confirmed to receive this KBA.

Thank you for your contribution.

Thanks,
Bindu

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