Półprzewodniki i moduły mocy – my je mamy!

Komponenty dyskretne

Półprzewodniki dużej mocy znajdujące się w ofercie firmy Micros obejmują dużą grupę elementów dyskretnych, jak również specjalizowane moduły do aplikacji przemysłowych, takich jak zgrzewarki, spawarki, układy miękkiego rozruchu i systemy napędowe dla silników elektrycznych dużej mocy w transporcie szynowym.

Elementy dyskretne to głównie krzemowe tranzystory mocy MOSFET i IGBT. Dla niższych napięć znamionowych (do ok. 100 V) są one dostępne w wersjach SMD, wersje na wyższe napięcia oraz IGBT wytwarzane są w obudowach do montażu THT. Oferta jest bardzo szeroka i pokrywa całe spektrum napięć od ok. 20 do 1200 V, prądów do ok. 350 A. Inżynierowie mogą wybierać spośród kilkunastu typów obudów, w tym popularnych TO-247, TO-220 i produktów czołowych marek takich jak ST Microelectronics, Semikron, ON Semi, IXYS/Littelfuse, Infineon. Poza typowymi tranzystorami krzemowymi w ofercie Microsa są też diody prostownicze na duże prądy i tranzystory z węglika krzemu (SiC).

Elementy dyskretne przeznaczone są do zintegrowanych urządzeń o mocy kilku kilowatów, tam gdzie całość integrowana jest wewnątrz obudowy urządzenia i na płytce drukowanej, jak regulatory mocy, ładowarki, zasilacze, falowniki i podobne.

 

Rys. 1. Moduły tyrystorowe i tyrystorowo-diodowe dostępne są na zakres prądów 25–300 A i na napięcia znamionowe 400–2600 V. Mają miedzianą wkładkę zapewniającą skuteczne odprowadzanie ciepła, na której zamontowane są na podłożu ceramicznym półprzewodniki. Izolacja galwaniczna wytrzymuje min. 2,5 kV

Zintegrowane moduły mocy

Do zastosowań, gdzie moc urządzeń jest jeszcze większa, napięcia jeszcze wyższe a instalacje bardziej skomplikowane przeznaczone są moduły mocy. Produkty te tworzą standardową grupę rozwiązań i zawierają od jednego do kilku elementów mocy. Popularność i zainteresowanie klientów użyciem modułów w urządzeniach wynika z wielu istotnych zalet w stosunku do pojedynczych elementów, do których można zaliczyć oszczędność miejsca, niższą cenę, a także jednakowe termiczne warunki pracy dla całego bloku mocy.

Moduły pozwalają na podłączenie do instalacji za pomocą śrub i przewodów z końcówkami oczkowymi (rzadziej konektorów wsuwkowych) oraz na zamontowanie całości na bloku chłodzącym. W zależności od wersji są produkowane jako izolowane lub bez izolacji. Dzięki temu w instalacjach uszkodzony moduł może być wymieniony bez konieczności lutowania i demontażu obudowy.

Izolacja półprzewodników znajdujących się w module od metalowej wkładki chłodzącej pozwala na montaż wielu takich komponentów na wspólnym bloku chłodzenia (radiatorze lub bloku wodnym), bez konieczności stosowania przekładek. Jest to bardzo ważne, ponieważ wiele takich produktów łączy się w układach dużej mocy w stosy szeregowe i równoległe dla zwiększenia obciążalności prądowej lub napięcia znamionowego.

Rozwiązania mechaniczne modułów są do siebie podobne. Liczba typów obudów funkcjonujących na rynku nie jest duża w porównaniu do innych typów elementów elektronicznych, co sprzyja dostępności. Czołowi producenci tych produktów wypracowali rozwiązania montażowe, które traktowane są jako standard. Wiele mniejszych producentów wytwarza produkty zgodne mechanicznie i elektrycznie z nimi, co poszerza ofertę rynku i daje możliwość zakupów z dodatkowych źródeł dostaw. W dzisiejszych czasach możliwość ta stała się bardzo istotna i dostępność zamienników, odpowiedników traktowana jest jako element bezpieczeństwa biznesu.

 

Rys. 2. Przykładowy moduł mocy z dwoma tranzystorami IGBT i równoległymi diodami usprawniającymi w połączeniu półmostkowym

Co znajdziemy w środku modułów?

W najprostszej postaci moduły zawierają pojedynczy element taki jak dioda mocy, tyrystor lub tranzystor IGBT. Ich zaletą jest wówczas standardowa obudowa, możliwość montażu bez konieczności lutowania i dobrze rozwiązane zagadnienie odprowadzania ciepła i izolacji między tranzystorem a radiatorem. Takie moduły są podstawowym budulcem stosów wysokonapięciowych w energetyce i transporcie szynowym, a więc aplikowane w rozwiązaniach, gdzie napięcie znamionowe przekracza znacznie wartość 1 kV.

Wiele modułów zawiera kilka elementów i realizuje typowy fragment układowy: prostownik sterowany, element półmostka lub mostka lub przełącznik mocy razem z diodą usprawniającą. Taka funkcjonalność zapewnia wygodę oraz to, że wewnątrz modułu elementy składowe są już ze sobą połączone. Takie moduły oznaczane są symbolem określającym ich strukturę wnętrza i połączenia między elementami, np. MTC (2 tyrystory w połączeniu szeregowym w obudowie elektroizolowanej), MTK, MTA, MTX. Z kolei elementy typu tyrystor-dioda mają oznaczenie MFC, MFK, MFA, MFX.

Mimo szybkiego postępu technologicznego widocznego w elementach dyskretnych, nowych technologii półprzewodnikowych (GaN/SiC), rozwój modułów mocy jest ewolucyjny. Wiele rozwiązań tego typu bazuje na tyrystorach, gdyż z jednej strony zapewniają one cały czas rekordowo duże wartości maksymalnych prądów i napięć, a z drugiej strony stanowią w obszarze energoelektroniki rozwiązanie standardowe, tj. pozwalają tworzy prostowniki sterowane dla regulacji fazowej w sieci energetycznej 50 Hz. Tyrystory łatwo dają się też zestawiać w stosy szeregowe, przy czym ta "łatwość" dotyczy nie tyle połączenia obwodu mocy, ale sterowania tymi elementami zapewniającego jednoczesność zadziałania i izolację.

Moduły firmy Zenli Rectifier

 

Rys. 3. Znormalizowana struktura wewnętrzna modułów mocy definiowana jest za pomocą oznaczenia literowego

Założona w 1989 roku firma Zenli Rectifier jest uznanym dalekowschodnim producentem szerokiego spektrum półprzewodników mocy. Jej asortyment obejmuje głównie diody i tyrystory w obudowie śrubowej i pastylkowej, mostki prostownicze oraz moduły zbudowane z diod i tyrystorów. W ofercie znajdują się również diody montowane na wcisk, przekaźniki SSR, moduły nieizolowane oraz moduły IGBT. Ofertę uzupełniają radiatory, akcesoria spawalnicze oraz boczniki pomiarowe.

Produkty Zenli Rectifier są dostępne w obudowach zgodnych elektrycznie i mechanicznie z rozwiązaniami wiodących producentów takich jak Semikron, Infineon (IRF, Eupec), IXYS, Sensata/ Crydom, Powerex, Mitsubishi, Fuji itd. Dodatkowo producent umożliwia realizację zamówienia według indywidualnych wymagań klienta. Firma posiada wiele certyfikatów, w tym m.in. jakości ISO 9001-2000, certyfikat IQNet oraz CE. Produkty Zenli Rectifier wytwarzane są w technologii bezołowiowej (RoHS). Celem firmy jest dostarczanie produktów o najwyższej światowej jakości po konkurencyjnych cenach. Wiele z wytwarzanych modułów produkowanych jest w oparciu o struktury półprzewodnikowe czołowych producentów półprzewodników.

Moduły mocy innych producentów

Poza wymienionymi modułami mocy firmy Zenli Micros oferuje standardowe wersje produkcji firmy Semikron oraz rozwiązania bazujące na MOSFET-ach i IGBT. Pozwala to nie tylko dobrać najlepiej pasujący produkt, ale też korzystać z dobrodziejstwa dostępu do wielu źródeł zaopatrzenia.

Micros
tel. 12 636 95 66
www.micros.com.pl