Модуль питания

Силовой модуль или силовой электронный модуль обеспечивает физическую изоляцию нескольких силовых компонентов, обычно силовых полупроводниковых приборов . Эти силовые полупроводники (так называемые кристаллы ) обычно припаиваются или спекаются на подложке силовой электроники , на которой размещены силовые полупроводники, обеспечивают электрический и тепловой контакт и электрическую изоляцию , где это необходимо. По сравнению с дискретными силовыми полупроводниками в пластиковых корпусах, такими как ТО-247 или ТО-220 , блоки питания обеспечивают более высокую плотность мощности и во многих случаях более надежны.

Топологии модулей

Помимо модулей, которые содержат один силовой электронный переключатель (например, MOSFET , IGBT , BJT , тиристор , GTO или JFET ) или диод , классические силовые модули содержат несколько полупроводниковых кристаллов, которые соединены для формирования электрической цепи определенной структуры, называемой топологией. Модули также содержат другие компоненты, такие как керамические конденсаторы для минимизации выбросов напряжения переключения и термисторы NTC для контроля температуры подложки модуля. Примеры широко доступных топологий, реализованных в модулях:

переключатель ( MOSFET , IGBT ) с встречно-параллельным диодом ;
мостовой выпрямитель, содержащий четыре (1-фазный) или шесть (3-фазный) диодов
полумост ^[1] ( ветвь инвертора с двумя переключателями и соответствующими встречно-параллельными диодами)
H-Bridge (четыре ключа и соответствующие встречно-параллельные диоды)
повышающая или коррекция коэффициента мощности (один (или два) ключа с одним (или двумя) высокочастотными выпрямляющими диодами)
ANPFC (ветвь коррекции коэффициента мощности с двумя ключами и соответствующими им встречно-параллельными диодами и четырьмя высокочастотными выпрямляющими диодами)
трехуровневый NPC (I-Type) (ветвь многоуровневого инвертора с четырьмя ключами и соответствующими им встречно-параллельными диодами)
трехуровневый MNPC (T-Type) (ветвь многоуровневого инвертора с четырьмя ключами и соответствующими им встречно-параллельными диодами)
трехуровневый ANPC (многоуровневая ветвь инвертора с шестью ключами и соответствующими им встречно-параллельными диодами)
три уровня H6.5 ^[2] - (состоит из шести переключателей (четыре быстрых IGBT/два медленных IGBT) и пяти быстрых диодов)
трехфазный инвертор ^[3] (шесть переключателей и соответствующие встречно-параллельные диоды)
Модуль интерфейса питания (PIM) - (состоит из входного выпрямителя, корректора коэффициента мощности и инверторных каскадов)
Интеллектуальный силовой модуль (IPM) — (состоит из силовых каскадов со специальными схемами защиты привода затвора. Также может быть интегрирован с входным выпрямителем и каскадами коррекции коэффициента мощности.)

Технологии электрических соединений

В дополнение к традиционным винтовым контактам электрическое соединение между модулем и другими частями силовой электронной системы также может быть достигнуто с помощью штыревых контактов (припаянных к печатной плате ), запрессованных контактов, впрессованных в переходные отверстия печатной платы , пружинных контактов, которые по своей природе прижимают контакт. части печатной платы или посредством чистого давления, когда участки коррозионностойких поверхностей непосредственно прижимаются друг к другу. ^[4]Штифты с запрессовкой обеспечивают очень высокую надежность и облегчают процесс монтажа без необходимости пайки. ^[5] По сравнению с соединениями с запрессовкой пружинные контакты имеют то преимущество, что позволяют легко и без разрушения несколько раз снимать соединение, например, для проверки или замены модуля. ^[6] Оба типа контактов имеют весьма ограниченную токопроводящую способность из-за сравнительно небольшой площади поперечного сечения и малой поверхности контакта. Поэтому модули часто содержат несколько контактов или пружин для каждого соединения электропитания.

Текущие исследования и разработки

В настоящее время основное внимание в исследованиях и разработках уделяется снижению стоимости, увеличению удельной мощности , повышению надежности и уменьшению паразитных сосредоточенных элементов. Эти паразиты представляют собой нежелательные емкости между частями схемы и индуктивности дорожек схемы. И то, и другое может оказать негативное воздействие на электромагнитное излучение ( ЭМИ ) модуля, например, если он работает как инвертор. Другой проблемой, связанной с паразитами, является их негативное влияние на поведение переключателя и потери переключения [ de ] силовых полупроводников. Поэтому производители работают над минимизацией паразитных элементов в своих модулях, сохраняя при этом низкую стоимость и поддерживая высокую степень взаимозаменяемости своих модулей с модулями второго источника (другого производителя).Еще одним аспектом оптимизации является так называемый тепловой путь между источником тепла (матрицами) и радиатором. Тепло должно проходить через различные физические слои, такие как припой, DCB, опорную пластину, материал термоинтерфейса ( TIM ) и основную часть радиатора, пока оно не перейдет в газообразную среду, например воздух, или текучую среду, например воду. или масло. Поскольку современные силовые полупроводники из карбида кремния обладают большей удельной мощностью, требования к теплопередаче возрастают.

Приложения

Модули питания используются в оборудовании для преобразования энергии, таком как промышленные электроприводы , встраиваемые электроприводы , источники бесперебойного питания , источники питания переменного и постоянного тока и источники питания для сварочных аппаратов .

Силовые модули также широко используются в инверторах для возобновляемых источников энергии, таких как ветряные турбины , солнечные электростанции , приливные электростанции и электромобили (EV).

История

Первый беспотенциальный модуль питания был представлен на рынке компанией Semikron в 1975 году. ^[7] Он до сих пор находится в производстве, что дает представление о жизненном цикле силовых модулей.

Производители

См. также

Ссылки

^ «Продукция силовых модулей | Vincotech» .
^ http://www.power-mag.com/pdf/feature_pdf/1418228828_Vincotech_Feature_0714_Layout_1.pdf ^{[ пустой URL PDF ]}
^ «Продукция силовых модулей | Vincotech» .
^ М. Мейссер, Д. Гамильтон и П. Моуби (2014). Малоиндуктивные SiC-модули на базе DCB для высокочастотной работы . стр. 1–10. ISBN 9783800735785 – через ResearchGate . {{cite book}}: |work= игнорируется ( помогите )
^ http://www.infineon.com/pressfit-product-information ^{[ мертвая ссылка ]}
^ http://www.semikron.com/dl/service-support/downloads/download/semikron-flyer-skim-2014-04-08.html ^{[ постоянная мертвая ссылка ]}
^ https://www.semikron-danfoss.com/dl/service-support/downloads/download/semikron-application-manual-power-semiconductors-english-en-2015.pdf
^ "Дом" . vincotech.com .
^ «Силовые полупроводники | Fuji Electric» .

Внешние ссылки

Руководство по применению Semikron Power Semiconductors (2015 г.) : обширная информация о применении силовых полупроводников и технологии силовых модулей.
Eltek Flatpack2 48V HE Пример силового модуля; выпрямитель с высоким КПД

[1] «Продукция силовых модулей | Vincotech» .

[2] ttp://www.power-mag.com/pdf/feature_pdf/1418228828_Vincotech_Feature_0714_Layout_1.pdf ^{[ пустой URL PDF ]}

[3] «Продукция силовых модулей | Vincotech» .

[4] М. Мейссер, Д. Гамильтон и П. Моуби (2014). Малоиндуктивные SiC-модули на базе DCB для высокочастотной работы . стр. 1–10. ISBN 9783800735785 – через ResearchGate . {{cite book}}: |work= игнорируется ( помогите )

[5] ttp://www.infineon.com/pressfit-product-information ^{[ мертвая ссылка ]}

[6] ttp://www.semikron.com/dl/service-support/downloads/download/semikron-flyer-skim-2014-04-08.html ^{[ постоянная мертвая ссылка ]}

[7] ttps://www.semikron-danfoss.com/dl/service-support/downloads/download/semikron-application-manual-power-semiconductors-english-en-2015.pdf

[8] "Дом" . vincotech.com .

[9] «Силовые полупроводники | Fuji Electric» .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]