6500V壓裝式閘極注入增強型電晶體有助於增加直流輸電系統和工業馬達驅動的電壓並減小其系統尺寸

6500V Press Pack IEGT Contributing to Higher Voltage and Size Reduction for DC Power Transmission Systems and Industrial Motor Drives

東芝電子元件及儲存裝置株式會社（簡稱「東芝」）現已推出壓裝式閘級注入增強型電晶體[1] 「ST2000JXH35A」。本產品配備新開發的溝槽型閘極注入增強型電晶體（IEGT）晶片，此晶片適用於直流輸電系統、工業馬達驅動設備和靜止同步補償器（STATCOM） [2]等高壓轉換器。

近年來，為因應全球暖化問題，風能、太陽能和水力發電等再生能源的應用日益廣泛。這些發電廠通常離用電區域較遠，導致長距離輸電需求日益增長。
除了需降低長距離輸電期間的輸電損耗外，解決再生能源輸出電壓波動問題也變得愈發重要。因此，相較於交流系統，直流輸電系統因效率更高、更易於控制而受到青睞。

新開發的溝槽型閘極注入增強型電晶體（IEGT）晶片透過優化結構，實現了高關斷能力和高短路耐受能力。本產品已成功通過4500V電壓下的關斷和短路測試，適用於高壓應用。
透過採用額定電壓為6500V的ST2000JXH35A，在直流輸電系統中串聯的產品數量比使用額定電壓為4500V的產品減少約33% [3] ，從而有助於減輕系統重量，實現整體小型化。因此，該產品可以降低建造和運輸成本，尤其適用於成本高昂的海上變電站[4] 。除了直流輸電系統外，ST2000JXH35A還有助於在工業馬達驅動設備和靜止同步補償器（STATCOM）等高壓變流器中實現更高的電壓和更緊湊的設計。

東芝將繼續開發適用於高壓轉換器的壓裝式閘極注入增強型電晶體，並擴大其產品線。

註：

[1]IEGT：閘極注入增強型電晶體

[2]STATCOM：靜止同步補償器的縮寫。這是一種自換相虛功功率補償系統，專門用於穩定電力系統中的電壓並補償虛功功率。

[3]基於東芝的估算值
    假設用於±500 kV直流輸電系統：
    在3000V電壓下使用額定電壓為6500V的裝置時，所需串聯單元數為334個。
    在2000V電壓下使用額定電壓為4500V的裝置時，所需串聯單元數為500個。
    將串聯單元數從500個減少至334個，預計可降低約33%。

[4]海上變電站：安裝在海上的設施，用於收集、轉換和傳離岸風力發電廠產生的電力。

特點

  1. 高壓元件：集極-射極額定電壓V CES ＝6500V
  2. 高關斷能力：關斷測試電壓V CC ＝4500V
  3. 高短路耐受能力：短路測試電壓V CC ＝4500V

應用

  • 直流輸電系統
  • 工業馬達驅動
  • 靜止同步補償器（STATCOM

主要規格

(在T C ＝25°C條件下，除非另有規定)

型號 ST2000JXH35A
封裝 2-168B1S
絕對最大額定值 集極-射極電壓 VCES (V) 6500
閘極-射極電壓 VGES (V) ±20
集極電流 (DC) IC (A) Tf=87°C 2000
結溫 Tj (°C) -40 至 125
電氣特性 集極-射極飽和電壓
 VCE(sat) (V)		 IC=2000A, VGE=15V,
Tj=125°C		 典型值 2.80
Turn-on 損耗 Eon (J) VCC=3600V, IC=2000A,
RG(on)=2.0Ω, VGE=±15V,
Ls≃300nH, Tj=125°C,
Diode: 2000JXHH35		 典型值 12.30
Turn-off 損耗 Eoff (J) VCC=3600V, IC=2000A,
RG(off)=30Ω, VGE=±15V,
Ls≃300nH, Tj=125°C		 典型值 15.60
短路脈衝寬度 tpsc (µs) VCC=4500V, RG(on)=2.0Ω,
RG(off)=30Ω, VGE=±15V,
Ls≃150nH, Tj=125°C		 最大值 10
Turn-off 測試 VSUS VCC=4500V, IC=4000A, RG(off)=30Ω,
VGE=±15V, Ls≃250nH, Tj=125°C		 -

內部電路

Internal Circuit Configuration Diagram

應用電路範例

Modular Multilevel Converter (MMC) circuit of DC power transmission

直流輸電的模組化多電平轉換器（MMC）

Converter and inverter circuit of the motor drive

馬達驅動的轉換器和變頻器電路

註：

本文所示應用電路僅供參考。
需要進行全面評估，特別是在量產設計階段。
提供這些應用電路實例並不授予任何工業產權許可。

相關內容

應用說明
High-power device Press Pack IEGT(PPI) Application note (PDF: 2.15MB)

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