主题发言

英飞凌中国高级技术总监陈立烽:英飞凌用芯助力高可靠性海上风电变流器

2020-12-14    东方风力发电网

  陈立烽:各位行业的专家,大家下午好!

  很荣幸今天在这里有机会和大家汇报英飞凌的“芯”,英飞凌是做半导体芯片的公司。在海上风电变流器方面,在整个的应用中,半导体扮演着非常重要的角色。

  我汇报的内容分几部分,第一是海上风电的发展趋势,最主要是在这个发展趋势的过程中有哪些问题存在;第二是基于这些痛点我们的解决方案;最后一个是减少我们其他的IGBT

  海上风电的发展趋势,大家已经说得很多。其中功率等级越来越大,那我们如何设置相匹配的变流器。除了功率变大,电压等级也在做变化,我相信国内这个产业的发展,肯定会有其他电压等级出现。包括拓扑结构,可能是两电平到三电平,是比较复杂的系统,也是变化多的系统。

  在此情况下,我们如何去选择在复杂系统里的可靠性?这张图,讲器件可靠性,在变流器里面,它有一个浴盆属性,从左边开始有3条曲线,一个是早期失效,这跟品质有一定的关系;后面会有一些随之失效,就是寿命到了时效,最任何一个器件产品而言,一开始是比较多的,到了20年以后,它的寿命到了也是比较多,在整体中间的过程是随之事项。

  在失效的情况下,我们有一个公式在计算,就是MTBF,其中有一个因素,跟事件的数量有关,功率越做越大的情况下,用多少IGBT去做?每一个IGBT模块,它的电流不一样,在这样的情况下,我们也做了一个列举。在612兆瓦的等级上,它所需要的数量是不一样的。

  关于寿命,首先跟它的热力率有关,它的次数跟什么有关?跟器件的温度差异有关,跟它的道通时间有关系,跟电压电流都有关系,所以这个公式描述的是,那条曲线跟哪些参数有关系。这个曲线最终显示出来的次数,在这样的温度情况下,有多少冷热的次数。

  为什么这样去看呢?对于一个器件而言,它的结构是蛮复杂的,上面需要去打Y棒,去把电流连出来,下面相应有一些结构来做绝缘,所以整体的过程都是有黏和的,不同材料之间的CPI是不一样的,所以在冷热的热力过程中就会造成失效,比如有些Y棒的绑定线脱落,这是最基层的机理造成的失效。

  对于一个器件的寿命而言,温度变化的那个才是造成它现在最终要失效的原因,在风电应用里面,这恰恰是我们经常碰到的问题。

  还有一个问题在海上风电上非常的显著,就是环境,首先是湿度的影响,还有高腐蚀环境对IGBT的影响。

  综合来看,我们在海上风电里面,要设置这样的变流器,主要的问题所在是:一是功率越来越大,二是功率循环的寿命问题,三是器件的可靠性。

  器件本身,我们有哪些是可以做的?(PPT图示)我们推出的这个黑色和白色的模块,我们在分装上做了加强。

  这一页不具体讲,我们用的是3K3的标准来设的。

  关于潮湿方面,我们有什么动作?最主要是在器件本身,我们对它做了加强,芯片上我们也做了优化,解决了湿度的问题。

  (PPT图示)这有一些具体的测试数据,我们做了这些加强以后的测试结果。

  功率越来越大怎么办?可能需要更多的器件并联。我们有两个方向:

  第一,模块本身的功率可以做得更大,需要用的器件数量可以保持不变。对芯片本身推出IGBT5,从中间这张图的功率密度就可以做得更高一些,它的整体损耗和关断特性也进行了优化。从封装上来讲,我们可以提出一个XT技术,这个技术从铝绑定线变成的铜绑定性。

  刚才说了一个是从IGBT本身跟功率的提升,还有在拓扑结构上可以进行优化,我们在业界提出了一个想法,现在主要用的是1700VIGBT,我们会有2300VIGBT产品,可以把原来要用到的一致性三电平的结构,就直接变成直接用两电平,这也是可以数量减少,提高系统的可靠性,简化设计。

  因为时间关系,我就简单来看一下其他的产品。

  英飞凌最新的压接IGBT,集合领先的芯片技术和高可靠性的封装设计。

  这是PPI的芯片封装技术,双面烧结技术给予IGBT芯片更好的防护。

  最后简单介绍一下英飞凌。

  有些人对我们公司很熟悉,有些专家对我们不是特别的熟悉,我们是一家德国公司,在全球有45万的员工,主要的产品就是芯片的技术。

  我们的这个部门主要的产品是工艺的产品,覆盖发电、输电、用电领域,PPI就是输电的领域。我们在整体的行业排名上,也是处于业界领先的,在风力发电里面,一直跟国内的客户和行业成长,从具体数字上来看,我们服务了超过6万个塔筒,行业市场占有率也是超过50%

  我们也希望在接下来和大家的合作中,不断助力风电行业的发展,无论是海上的,还是陆上的风电行业的发展。

  我今天的汇报题目就是用“芯”跟客户加强合作,谢谢大家!

(内容来自现场速记,未经本人审核)