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XB系列HVIGBT模塊（3.3kV/1500A型）

三菱電機集團近日宣布，將于5月1日開始供應其新型XB系列高壓絕緣柵雙極型晶體管（HVIGBT）模塊的樣品。該模塊是一款3.3kV/1500A的大容量功率半導體，專為軌道交通車輛等大型工業(yè)設備設計。通過采用專有的二極管和IGBT元件，以及獨特的芯片終端結構，該模塊的抗?jié)裥缘玫斤@著提升，有助于提高在多樣化環(huán)境中運行的大型工業(yè)設備逆變器的效率和可靠性。三菱電機將在PCIM Expo&Conference 2025（5月6-8日，德國紐倫堡）展出這款XB系列HVIGBT模塊。

能實現(xiàn)高效電能轉換的功率半導體正日益廣泛應用于脫碳領域。用于大型工業(yè)設備的功率半導體模塊主要應用于電力相關系統(tǒng)的電能轉換裝置，包括軌道交通牽引系統(tǒng)、電源設備和直流輸電等領域。為提升電能轉換效率以實現(xiàn)脫碳目標，市場對大型工業(yè)設備用功率半導體模塊提出了更高功率和更高效率的要求。此類模塊還需具備優(yōu)異的抗?jié)裥阅?，以確保在溫濕度變化劇烈的嚴苛環(huán)境（包括戶外應用場景）中穩(wěn)定運行。功率半導體芯片可分為實現(xiàn)電能轉換與輸出的有源區(qū)（active region）和穩(wěn)定電壓的終端區(qū)（termination region）。在高濕度環(huán)境下，需要更寬的終端區(qū)結構來防止因潮濕導致的耐電壓性能劣化。然而，這帶來了一個技術矛盾：擴大終端區(qū)會導致有源區(qū)變窄，使得功率半導體芯片難以同時實現(xiàn)高功率、低損耗性能與抗?jié)裥阅艿钠胶狻?/p>

新型3.3kV/1500A XB系列HVIGBT模塊采用了三菱電機專有的RFC（Relaxed Field of Cathode）二極管和載流子存儲式溝槽柵雙極型晶體管（CSTBT1）結構的IGBT元件。特別值得一提的是，該模塊的總開關損耗較前代產(chǎn)品降低了約15%2，有助于提高逆變器的效率。同時，其反向恢復安全工作區(qū)（RRSOA）容限較前代產(chǎn)品擴大了約25%3，進一步增強了逆變器的可靠性。

此外，通過在芯片終端區(qū)域采用新型電場弛豫結構4和表面電荷控制結構5，三菱電機成功將終端區(qū)域面積縮小約30%，同時使產(chǎn)品抗?jié)裥赃_到現(xiàn)有產(chǎn)品的約20倍6，有助于提升高濕度環(huán)境下逆變器的運行穩(wěn)定性。通過進一步提高各類環(huán)境下大型工業(yè)設備逆變器的效率和可靠性，該模塊有望為碳中和目標的實現(xiàn)做出貢獻。

產(chǎn) 品 特 點

采用專有RFC二極管、IGBT元件及CSTBT結構，實現(xiàn)更高效率、更可靠的逆變器

搭載三菱電機專有RFC二極管和CSTBT結構的IGBT元件，總開關損耗較現(xiàn)有產(chǎn)品降低約15%2，顯著提升逆變器能效

專有RFC二極管將反向恢復安全工作區(qū)（RRSOA）容限較前代產(chǎn)品擴大約25%3，通過抑制開關過程中反向恢復電流7和反向電壓8對器件的損壞，提高逆變器可靠性

專有芯片終端結構提升抗?jié)裥?，保障逆變器穩(wěn)定運行

芯片終端區(qū)域采用新型電場弛豫結構和表面電荷控制結構，較現(xiàn)有產(chǎn)品終端面積縮小約30%，抗?jié)裥阅芴嵘?0倍6，確保高濕度環(huán)境下逆變器穩(wěn)定運行

外形尺寸與現(xiàn)有產(chǎn)品兼容，簡化逆變器設計

新模塊保持與現(xiàn)有產(chǎn)品9相同的外部尺寸，便于直接替換，從而簡化和縮短新逆變器的設計流程

主要規(guī)格

網(wǎng)站

1 采用載流子存儲效應的專有IGBT結構；CSTBT是三菱電機株式會社的商標

2 在Tj=150℃、VCC=1800V、IC=1500A條件下，現(xiàn)有型號CM1500HC-66R與新產(chǎn)品在Eon+Eoff+Erec指標上的對比

3 現(xiàn)有型號CM1500HC-66R與新產(chǎn)品在RRSOA區(qū)域內VCE與Irr乘積Prr指標上的對比

4 采用具有優(yōu)化布局的p型半導體區(qū)域且間距逐漸擴大的專有結構

5 采用半絕緣膜與半導體區(qū)域直接接觸的專有結構，確保電荷穩(wěn)定耗散

6 XB系列與現(xiàn)有H系列產(chǎn)品的凝結阻力驗證測試結果（額定電壓3.3kV/額定電流1200A條件下）

7 二極管從正向切換至反向時產(chǎn)生的暫時反向電流

8 施加于二極管的反向電壓

9 與現(xiàn)有H系列3.3kV/1200A產(chǎn)品及R系列3.3kV/1500A產(chǎn)品的對比

關于三菱電機

三菱電機創(chuàng)立于1921年，是全球知名的綜合性企業(yè)。截止2024年3月31日的財年，集團營收52579億日元（約合美元348億）。作為一家技術主導型企業(yè)，三菱電機擁有多項專利技術，并憑借強大的技術實力和良好的企業(yè)信譽在全球的電力設備、通信設備、工業(yè)自動化、電子元器件、家電等市場占據(jù)重要地位。尤其在電子元器件市場，三菱電機從事開發(fā)和生產(chǎn)半導體已有69年。其半導體產(chǎn)品更是在變頻家電、軌道牽引、工業(yè)與新能源、電動汽車、模擬/數(shù)字通訊以及有線/無線通訊等領域得到了廣泛的應用。