Moduł zasilania

Tranzystory IGBT dużej mocy (tutaj przełącznik 3300 V, 1200 A) uzyskuje się łącząc równolegle dziesiątki matryc w module mocy.
Otwarty moduł IGBT; różne matryce półprzewodnikowe są połączone za pomocą połączeń drutowych, podczas gdy złącza zewnętrzne są podłączone do konstrukcji z ramką wyprowadzeniową

Moduł mocy lub moduł energoelektroniczny zapewnia fizyczną osłonę dla kilku komponentów mocy , zwykle urządzeń półprzewodnikowych mocy . Te półprzewodniki mocy (tzw. matryce ) są zazwyczaj lutowane lub spiekane na podłożu elektronicznym mocy , na którym znajdują się półprzewodniki mocy, zapewniającym w razie potrzeby kontakt elektryczny i termiczny oraz izolację elektryczną . W porównaniu do dyskretnych półprzewodników mocy w obudowach z tworzywa sztucznego, takich jak TO-247 lub TO-220 , zespoły zasilające zapewniają wyższą gęstość mocy i są w wielu przypadkach bardziej niezawodne.

Topologie modułów

Oprócz modułów zawierających pojedynczy przełącznik mocy (np. MOSFET , IGBT , BJT , tyrystor , GTO lub JFET ) lub diodę , klasyczne moduły mocy zawierają wiele płytek półprzewodnikowych, które są połączone w celu utworzenia obwodu elektrycznego o określonej strukturze, zwanej topologią. Moduły zawierają także inne komponenty, takie jak kondensatory ceramiczne minimalizujące przekroczenia napięcia przełączającego oraz termistory NTC monitorujące temperaturę podłoża modułu. Przykładami szeroko dostępnych topologii realizowanych w modułach są:

  • przełącznik ( MOSFET , IGBT ) z diodą antyrównoległą ;
  • mostek prostowniczy zawierający cztery (1-fazowe) lub sześć (3-fazowe) diody
  • półmostek ( odnoga falownika z dwoma przełącznikami i odpowiadającymi im diodami antyrównoległymi)
  • Mostek H (cztery przełączniki i odpowiadające im diody antyrównoległe)
  • podbicie lub korekcja współczynnika mocy (jeden (lub dwa) przełączniki z jedną (lub dwiema) diodami prostowniczymi wysokiej częstotliwości)
  • ANPFC (noga korekcji współczynnika mocy z dwoma przełącznikami i odpowiadającymi im diodami antyrównoległymi oraz czterema diodami prostowniczymi wysokiej częstotliwości)
  • trzypoziomowy NPC (typ I) (wielopoziomowy falownik z czterema przełącznikami i odpowiadającymi im diodami antyrównoległymi)
  • trzypoziomowy MNPC (typ T) (wielopoziomowy falownik z czterema przełącznikami i odpowiadającymi im diodami antyrównoległymi)
  • trzypoziomowy ANPC (wielopoziomowy falownik z sześcioma przełącznikami i odpowiadającymi im diodami antyrównoległymi)
  • trzypoziomowy H6.5 - (składający się z sześciu przełączników (cztery szybkie IGBT/dwa wolniejsze IGBT) i pięć szybkich diod)
  • falownik trójfazowy (sześć przełączników i odpowiadające im diody antyrównoległe)
  • Moduł interfejsu mocy (PIM) - (składający się z prostownika wejściowego, korekcji współczynnika mocy i stopni falownika)
  • Inteligentny moduł mocy (IPM) – (składający się ze stopni mocy z dedykowanymi obwodami zabezpieczającymi napęd bramki. Może być również zintegrowany z prostownikiem wejściowym i stopniami korekcji współczynnika mocy.)

Technologie połączeń elektrycznych

Oprócz tradycyjnych styków śrubowych, połączenie elektryczne między modułem a innymi częściami układu energoelektronicznego można również uzyskać za pomocą styków kołkowych (lutowanych na płytce drukowanej ) , styków wciskanych wciskanych w przelotki PCB , styków sprężynowych, które z natury dociskają styk obszarach PCB lub poprzez czysty kontakt ciśnieniowy, podczas którego obszary powierzchni odpornych na korozję są bezpośrednio dociskane do siebie. Kołki wciskane zapewniają bardzo wysoką niezawodność i ułatwiają proces montażu bez konieczności lutowania. W porównaniu do połączeń wciskanych, styki sprężynowe mają tę zaletę, że umożliwiają łatwe i nieniszczące wielokrotne usuwanie połączenia, na przykład w celu kontroli lub wymiany modułu. Obydwa typy styków mają raczej ograniczoną obciążalność prądową ze względu na stosunkowo małą powierzchnię przekroju poprzecznego i małą powierzchnię styku. Dlatego moduły często zawierają wiele pinów lub sprężyn dla każdego z połączeń zasilania elektrycznego.

Bieżące badania i rozwój

Obecnie prace badawczo-rozwojowe skupiają się na redukcji kosztów, zwiększeniu gęstości mocy , zwiększeniu niezawodności i redukcji pasożytniczych elementów zbrylonych. Te pasożyty to niepożądane pojemności pomiędzy częściami obwodu i indukcyjności ścieżek obwodu. Obydwa mogą mieć negatywny wpływ na promieniowanie elektromagnetyczne ( EMR ) modułu, jeśli jest on używany na przykład jako falownik. Innym problemem związanym z pasożytami jest ich negatywny wpływ na zachowanie przełączania i straty przełączania [ de ] półprzewodników mocy. Dlatego producenci pracują nad minimalizacją elementów pasożytniczych w swoich modułach, utrzymując jednocześnie niskie koszty i utrzymując wysoki stopień zamienności swoich modułów z modułami drugiego źródła (innego producenta). Kolejnym aspektem optymalizacji jest tak zwana ścieżka termiczna pomiędzy źródłem ciepła (matrycami) a radiatorem. Ciepło musi przechodzić przez różne warstwy fizyczne, takie jak lut, DCB, płyta bazowa, materiał interfejsu termicznego ( TIM ) i większą część radiatora, aż zostanie on przeniesiony do ośrodka gazowego, takiego jak powietrze, lub ośrodka płynnego, takiego jak woda lub olej. Ponieważ nowoczesne półprzewodniki mocy z węglika krzemu wykazują większą gęstość mocy, wymagania dotyczące wymiany ciepła rosną.

Aplikacje

Moduły mocy są stosowane w urządzeniach do konwersji mocy, takich jak przemysłowe napędy silników , wbudowane napędy silników, zasilacze bezprzerwowe , zasilacze AC-DC oraz w zasilaczach spawalniczych.

Moduły mocy są również szeroko stosowane w falownikach energii odnawialnej , takich jak turbiny wiatrowe , panele słoneczne , elektrownie pływowe i pojazdy elektryczne (EV).

Historia

Pierwszy bezpotencjałowy moduł mocy został wprowadzony na rynek przez firmę Semikron w 1975 roku. Jest on nadal w produkcji, co daje wyobrażenie o cyklach życia modułów mocy.

Producenci

Zobacz też

Linki zewnętrzne

Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Power_module&oldid=1103087500 ”