В статье проведен анализ режимов коммутации тиристорного моста переменного тока в среде PSpice. Было проведено исследование процессов коммутации в мостах переменного тока с целью определения влияния последних на длительность допустимых временных интервалов переключения тиристоров. Для этого в среде OrCAD Capture была составлена имитационная Spice-модель работы моста.

В настоящей работе приведены результаты расчетов и исследований мощных ключевых транзисторных сборок, составляющих основу силовых модулей, выполненных с использованием СИТ с модулируемой проводимостью канала. Произведен расчет теплового сопротивления и допустимой максимальной рассеиваемой мощности проектируемых приборов. Сравниваются расчетные и экспериментальные данные.

Биполярные транзисторы с изолированным затвором — основной компонент инверторов, источников питания и электропривода. Модули IGBT выпускаются в широкой гамме мощностей от менее чем 1 кВт до более чем 1 МВт. В настоящее время на рынок выходит новое (6-е) поколение транзисторов IGBT от компании Mitsubishi Electric.

Данная статья посвящена рассказу о мощных силовых IGBT-сборках фирмы Infineon серии ModSTACK. Это большое семейство, следующее за PrimeSTACK. Но, в отличие от предшественников, сборки ModSTACK не являются стандартизированными по используемой элементной базе и служат для работы в диапазоне больших мощностей.

Рассмотрены применяемые в настоящее время пассивные компоненты для силовых устройств, в том числе резисторы, конденсаторы, дроссели. Обзор дается для компонентов отечественного и зарубежного производства.

В статье представлены результаты работы по созданию интеллектуального электронного балласта для комбинированного уличного светильника, включающего металлогалогенную лампу и светодиодные модули. Рассмотрена структура силовой части балласта и микропроцессорного модуля, обеспечивающего управление силовыми транзисторами, диагностику светильника, а также связь с центральным диспетчером и соседними балластами при помощи радиомодуля XBee Pro. Приведены электрические параметры балластов, а также осциллограммы токов и напряжений по светодиодному и ламповому каналам.

Массовое использование возобновляемых источников энергии является одной из основных тенденций современности. Совершенствование ветроэнергетических установок (ВЭУ), появившихся более 20 лет назад, идет параллельно с повышением эффективности и надежности преобразовательных устройств. Бурное развитие силовой электроники позволило существенно повысить мощность таких устройств (для единичной ВЭУ с 2 до 3 МВт, активно идет разработка установок, рассчитанных на 5 МВт) и, соответственно, снизить удельную стоимость вырабатываемой энергии.

В предыдущей статье были рассмотрены номенклатура и основные параметры интегральных силовых модулей серий Ver. 3, Ver. 3,5, Ver. 4, 1200 В фирмы Mitsubishi Electric. Номенклатура модулей в каталогах фирмы 2010 г. не претерпела существенных изменений. Предметом рассмотрения настоящей статьи являются особенности применения интегральных модулей третьей серии, руководство по применению которых было выпущено фирмой в конце 2009 г.

За последние годы среди разработчиков устройств силовой электроники стали очень популярными силовые сборки — интегрированные системные решения от производителей силовых полупроводниковых приборов (далее — п/п приборы) на основе собственной силовой элементной базы. В данной статье рассказывается о семействе силовых сборок PrimeSTACK.

В статье описаны особенности использования встроенного в силовой модуль терморезистора с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления (NTC-резистора) для измерения температуры; рассмотрены аспекты изоляции измерительной цепи от высокого напряжения, связь сопротивления NTC с температурой перехода кристаллов IGBT; приведены примеры практической реализации схемы измерений.

В настоящей работе приведены результаты расчетов и исследований мощных ключевых транзисторных сборок, составляющих основу силовых модулей, выполненных с использованием СИТ с модулируемой проводимостью канала. Произведен расчет теплового сопротивления и допустимой максимальной рассеиваемой мощности проектируемых приборов. Сравниваются расчетные и экспериментальные данные.

В статье сделан обзор новых отечественных высоковольтных p-i-n GaAs-диодов. Поднимаются вопросы введения инноваций в энергетике в России, снижения потерь электроэнергии.

Рассмотрены применяемые в настоящее время полупроводниковые силовые компоненты: полевые транзисторы с изолированным затвором (MOSFET) и биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT). Особое внимание уделено интегрированным силовым модулям (IPM). Сделан обзор компонентов и отечественного, и зарубежного производства.

В статье рассматриваются вопросы повышения эффективности электротехнических устройств как аспекта стратегии энергосбережения. Рассматриваются разработки и вопросы внедрения устройств полупроводниковых преобразователей с применением схем активной коррекции коэффициента мощности.

Работа посвящена вопросам проектирования ШИМ-инверторов применительно к источникам бесперебойного питания (ИБП). Проведен анализ частотных и энергетических характеристик. Приведены рекомендации по выбору параметров фильтра и результаты экспериментального исследования спектрального состава выходного напряжения и тока при нелинейной нагрузке.

Исследованы способы сборки и монтажа мощных транзисторов в корпусах типа SMD, предназначенных для электронных модулей силовой электроники.

Основной тенденцией развития технологий силовых полупроводниковых модулей является непрерывное повышение плотности мощности и рабочей температуры кристаллов. Для достижения этих целей необходимы новые, более надежные способы соединения электрических проводников. Одним из наиболее современных приемов подключения выводов чипов является металлическая ультразвуковая сварка. В статье рассматриваются вопросы, касающиеся электрических и тепловых характеристик, а также надежности данного метода в сравнении с широко распространенными технологиями пайки мягкими припоями и микросварки. Анализируются проблемы стойкости соединений к тепловым ударам и вибрационным воздействиям. Для проведения испытаний использовался сканирующий электронный микроскоп, качество соединений оценивалось с помощью многократных измерений контактного сопротивления.

Проанализированы различные способы контроля температуры нагрева полупроводниковых изделий, в частности кристалла транзисторов Дарлингтона. Показана зависимость температуры нагрева кристаллов от площади непропаев в паяных швах «кристалл-корпус». Дано пошаговое описание методики автоматического подсчета площади непропаев в паяном соединении «кристалл-корпус» по рентгенограммам.

В статье расскажывается о новой серии автоматизированных компенсаторов РМ на напряжение 0,4 кВ, перекрывающих мощности от 10 до 1000 кВ·Ар, разработанной ОАО «Электровыпрямитель». Рассматриваются особенности и достоинства новых компенсаторов, опыт внедрения.

Оптроны необходимы для обеспечения надежной высоковольтной развязки от импульсных перенапряжений, а также для подавления синфазных переходных помех, воздействующих на входные сигналы. Оптроны нового поколения компании Avago Technologies ACPL-M61L/061L/064L/W61L/K64L (ACPL-x6xL) имеют значительно меньшее энергопотребление при столь же высоких характеристиках помехоподавления и развязки.

Силовая электроника все активнее внедряется в нашу повседневную жизнь. Постоянно используя достижения этой интереснейшей отрасли индустрии, мы не задумывается о сложнейших технологиях, применяемых, например, в городском транспорте: в метро, трамваях, троллейбусах. Очевидно, что транспортный привод должен обладать высочайшими показателями надежности, исключающими, например, такое чрезвычайное событие, как остановка вагона метро в тоннеле. Для решения проблем современной транспортной электроники необходима согласованная совместная работа производителей силовых модулей и разработчиков готовых систем. Примером подобной успешной кооперации является многолетнее сотрудничество компаний Semikron и SKODA ELECTRIC.

Рассмотрены применяемые в настоящее время полупроводниковые силовые компоненты: тиристоры, оптотиристоры, симисторы и оптосимисторы — как в дискретном, так и в модульном исполнении. Особое внимание уделено запираемым тиристорам очень большой мощности. Обзор дается для компонентов отечественного и зарубежного производства.

В начале декабря в Москве состоялось главное событие российской силовой электроники — международная выставка и конференция «Силовая Электроника и Энергетика». 80 компаний из России, Великобритании, Германии, Италии, Республики Беларусь, Швейцарии продемонстрировали свои новейшие разработки. За три дня работы выставки с представленными новинками познакомились 2240 специалистов.

Источник питания разрядных ламп высокого давления имеет достаточно сложную структуру. Однако определяющим звеном, обеспечивающим стабилизацию и регулирование электрического режима лампы, является импульсный понижающий преобразователь. Сглаживание тока обеспечивается НЧ-фильтром, структура которого зависит от схемного решения силовой части источника. В результате получается система, включающая импульсный преобразователь, НЧ-фильтр и нелинейную инерционную нагрузку — разрядную лампу. Поэтому анализ системы и выбор параметров источника питания следует вести с учетом электрических характеристик дугового разряда лампы.

Получены аналитические выражения, описывающие температурную зависимость прямой и обратной ветви вольт-амперной характеристики силовых полупроводниковых приборов. Путем сравнения теоретических расчетов с экспериментальными данными проверена адекватность полученных выражений.

Надежность и энергетическая эффективность — вот два главных требования к современным инверторам. Отличительные характеристики новой серии модулей «Infineon» EconoPACK 4 — прочная конструкция и новая энергетически эффективная технология IGBT4 с обратными диодами 4-го поколения.

Интеллектуальный силовой модуль MiniSKiiP IPM, предназначенный для использования в промышленных приводах мощностью до 15 кВт, был представлен компанией SEMIKRON на выставке PCIMµ2008. Уникальными элементами конструкции нового IPM являются пружинные контакты для подключения силовых и сигнальных цепей, а также монокристальный драйвер затворов, выполненный по технологии SOI. Сборка преобразователя на основе MiniSKiiP осуществляется в ходе одной производственной операции. Эта особенность в сочетании с возможностью заказа модуля с нанесенной теплопроводящей пастой существенно упрощает и удешевляет процесс автоматизированной сборки. Специалисты компании SEMIKRON уверены, что новые IPM будут востребованы производителями общепромышленных приводов, преобразователей частоты и конверторов энергетических станций.

Интеллектуальные IPS-драйверы для управления изолированным затвором IGBT-модуля не только содействуют улучшению защитных функций, но и способствуют повышению энергетической эффективности преобразователей.

В статье дан краткий обзор драйверов для управления силовыми IGBT/MOSFET-модулями. Подробно описаны устройства серий SCALE и SCALE-2, выпускаемые компанией CT-Concept. Рассмотрены особенности нового драйверного ядра, построенного на наборе микросхем SCALE-2. Приведены основные характеристики и пример использования драйверов SCALE-2 для правления параллельным соединением IGBT-модулей.

Для построения импульсных энергетических установок необходимы твердотельные коммутаторы. Для этих целей наиболее предпочтительно использование фототиристоров (ФТ) — ввиду простоты их последовательного включения и надежного способа оптического управления запуском. Более того, современные ФТ, рассмотренные в данной статье, предусматривают интеграцию в них таких защитных функций, как, например, защита от перенапряжения и защита по dv/dt.

Существующие модули серии MPD (Mega Power Dual), включающие полумосты 1400 А/1200 В, созданы для применения в мощных индустриальных преобразователях. Но развитие возобновляемой энергетики (солнечной, ветряной) требует создания более мощных систем. В ответ на эти запросы рынка была разработана новая серия мощных полумостов, вобравшая в себя как все лучшее от серии MPD, так и новейшие инновационные технологии Mitsubishi Electric, что позволило создать изделие мощностью 2500 А/1200 В.

Электрический реактор представляет собой индуктивную катушку, используемую в силовой электрической цепи для накопления и передачи магнитной энергии. Заметим, что в слаботочной электрической цепи индуктивную катушку называют дросселем и применяют с целью увеличения электрического сопротивления, устраняя или ограничивая переменную составляющую тока. В колебательном контуре используется добротность индуктивной катушки, и ее в этом случае называют катушкой индуктивности.

На вопрос, применяет ли он SiC-диоды Шоттки, разработчик аппаратуры из Чебоксар ответил неожиданно мрачно: «Горят, как спички. Использую импортные кремниевые UFRED HFA08TB120». В полемику никто не вступал, так как никто не сомневается, что широкозонные полупроводники будут доминировать и почти вытеснят кремний к 2025–2030 гг., как это произошло с германием. Но есть варианты и на переходный период, один из них предложен в данной статье.

В статье описываются особенности электронных компонентов силовых устройств (СУ) и приводятся их основные параметры. Рассмотрены применяемые в настоящее время полупроводниковые силовые компоненты (диоды, тиристоры, симисторы, транзисторы, интегрированные силовые модули), устройства управления ими, коммутационные и некоторые пассивные компоненты отечественного и зарубежного производства. Первая часть посвящена диодам.

Высоковольтные кабели с большой токовой пропускной способностью широко применяются в различных энергетических установках. Наиболее часто такие кабели используются в качестве соединительных. В настоящее время на рынке кабельной продукции можно приобрести различного типа соединительные кабели (КВНС-20/75, КИВМ-10, КВИС-25, КВПГ-100 и т. д.), но новые технические требования и новые области применения, с учетом развития технологической базы, измерительной техники и методов проектирования, а также появления современных диэлектрических материалов, позволяют решать задачи разработки импульсных кабелей нового поколения. Необходимость сочетания требований к толщине изоляции с требованиями к величине поперечного сечения проводника, которое обеспечивало бы максимальную токовую нагрузку, при условии минимального значения величины погонной индуктивности является особенностью конструирования этого типа кабелей.

Пользователя особенно интересует, как быстро (или медленно) ток перегрузки (экстраток) будет прерван с помощью предусмотренного защитного элемента — плавкого предохранителя. В любом случае уровень тока короткого замыкания необходимо учитывать при его разработке. Чтобы выбрать держатель плавкого предохранителя, важно знать, насколько будет нагреваться плавкая вставка или какова будет мощность рассеивания тепловой энергии во время работы предохранителя. Кроме того, могут понадобиться и другие параметры в случае, когда требуется подобрать плавкий предохранитель, например, для работы с полупроводниковыми приборами или когда предусмотрено несинусоидальное напряжение. В принципе, свойства миниатюрных плавких предохранителей в режиме рабочего тока или экстратока могут быть описаны несколькими параметрами.

В последнее время сектор элементной базы для силовой электроники бурно развивается. Базовыми элементами силовых регулирующих устройств являются мощные силовые ключи. Их основными параметрами являются предельные напряжения и ток, а также быстродействие и эффективность передачи энергии. В качестве мощных ключевых элементов используются MOSFET силовые транзисторы, IGBT силовые транзисторы и тиристоры. В тех областях, где требуется сочетание высоких рабочих напряжений и токов, доминируют IGBT силовые транзисторы. Они могут использоваться в виде дискретных приборов, бескорпусных кристаллов в составе гибридных силовых модулей и интеллектуальных силовых модулях различных электроприводов.

Одной из тенденций развития многих приложений силовой электроники в последнее время является ориентация на использование специализированных силовых модулей вместо дискретных полупроводниковых приборов. Силовые модули выпускают многие ведущие производители силовых полупроводниковых приборов, в том числе подразделение Mitsubishi Electric Semiconductors, входящее в состав одноименного концерна.

В последние годы на рынке промышленной силовой электроники все более востребованными становятся надежные и компактные компоненты, имеющие высокую плотность мощности и конкурентоспособную цену. В состав силовых модулей SKiiP (SEMIKRON Integrated Intellectual Power), разработанных в начале 1990-х годов, входит силовой каскад, плата управления, схема мониторинга и защиты, теплоотвод. На ежегодной выставке PCIM, прошедшей в Нюрнберге в мае 2009 года, компания SEMIKRON представила 4-е поколение силовых модулей SKiiP. Впервые в мире в интеллектуальных силовых модулях (IPM) IGBT использована технология низкотемпературного спекания чипов и реализован принцип цифровой передачи данных.

Эволюция интегрированных компонентов силовой электроники — силовых ключей, микросхем и силовых модулей — наиболее перспективное направление интеллектуальной силовой электроники. Сегодня эта отрасль развивается стремительно — прежде всего, благодаря успехам в совершенствовании технологии изготовления и в значительном улучшении параметров мощных полевых транзисторов (MOSFET), биполярных транзисторов с изолированным затвором (IGBT), силовых диодов, силовых драйверов (микросхем). Интеграция схем управления и сопряжения (контроллеров, драйверов) в силовые ключи (точнее, в силовые модули), а затем в исполнительные устройства и механизмы стала необходимым и естественным шагом. Широко осуществляемый переход от аналогового управления к цифровому (на базе микропроцессоров и микроконтроллеров) происходит также и в интеллектуальной силовой электронике. В настоящее время и тем более в будущем широкое развитие интеллектуальной силовой электроники однозначно предопределено.

Выставки по праву называют «зеркалом рынка». Именно здесь собираются специалисты, чтобы оценить ситуацию, быть в курсе событий, посмотреть, что делают конкуренты, узнать мнения авторитетных экспертов, найти точку опоры для принятия правильных решений. У выставок есть одно главное преимущество: здесь могут встретиться лицом к лицу ведущие производители, поставщики товаров и услуг, конечные потребители, представители государственных организаций, профессиональные и деловые издания. Установлено, что выставочные контакты на 34% увеличивают так называемое «намерение купить» (рurchase intent) и являются наиболее эффективным инструментом сбыта. Статья посвящена выставке "Силовая Электроника и Энергетика 2009".

Исследованы способы сборки мощных бескорпусных MOSFET-транзисторов, предназначенных для поверхностного монтажа электронных модулей силовой электроники.

ОАО ОКБ “Искра” совместно с ОАО Ангстрем в период с мая 2007 г. по сентябрь 2008 г. выполнили ОКР по разработке ряда мощных n-канальных DMOSFET силовых транзисторов с напряжениями 30–1200 В и токами 10–80 А. По результатам ОКР разработано свыше 30 типономиналов силовых транзисторов в корпусном и бескорпусном исполнении.

Использование новых типов кристаллов IGBT в стандартных конструктивах дает возможность увеличить техническую эффективность и мощностные характеристики силовых преобразовательных устройств без изменения их конструкции. Основной задачей, поставленной при разработке 4_го поколения Trench IGBT, стало комплексное улучшение параметров проводимости, динамических характеристик IGBT и обеспечение более плавного характера переключения. Статья посвящена особенностям применения данных элементов, особое внимание уделено вопросам, связанным с заменой силовых ключей предыдущих серий IGBT на компоненты нового поколения.

В статье рассмотрены некоторые примеры по проектированию надежных импульсных источников питания. Приведены мероприятия и примеры по обеспечению надежности импульсных источников питания в процессе производства: входной контроль покупных компонентов, выходной контроль узлов и компонентов собственного производства, особенности настройки и другие. Анализируются мероприятия по поддержанию уровня надежности импульсных источников питания при их производстве и эксплуатации.

Исследованы способы монтажа IGBT силовых транзисторов средней мощности пайкой легкоплавкими припоями и показано их влияние на тепловое сопротивление перехода кристалл – корпус, структуру соединений и параметры IGBT силовых транзисторов.

Термомиграция, или зонная перекристаллизация градиентом температуры — способ, позволяющий создавать в течение сравнительно короткого времени сильно легированные подложечные р+-слои и локальные сквозные р+-области в объеме полупроводникового материала.

Аморфные металлические материалы представляют одну из последних инноваций XX века. По сравнению с кристаллическими материалами они обладают рядом выдающихся магнитных, механических и химических свойств, которые связаны с их аморфной структурой. К достоинству аморфных металлов можно отнести также очень простую схему их производства. Она, как правило, укладывается в две стадии: выплавка сплава и разливка на конечный продукт. Все это позволило аморфным металлическим материалам выйти на стадию промышленного производства и занять свое место на рынке.

Вследствие удорожания электрической энергии, ужесточения требований и стандартов по яркости, эффективности и КПД для светодиодов, а также совершенствования технологии их производства, они стали превосходной альтернативой осветителям, построенным на базе ламп накаливания и ламп дневного света. Статья посвящена балластам для твердотельных светодиодных осветителей

Семейство p-канальных MOSFET-транзисторов компании IXYS обладает всеми основными преимуществами сопоставимых n-канальных MOSFET, такими как очень быстрое переключение, управление с помощью уровня напряжения затвора, простота параллельного соединения и высокая температурная стабильность.

В статье представлены два метода и устройства на их основе для активного управления мощных MOSFET транзисторов, работающих в ключевом режиме. Поставленные цели: уменьшение динамических потерь энергии при управлении главными элементами, ограничение электромагнитного излучения, исключение необходимости использования защитных RC-цепей и повышение надежности эксплуатации мощных MOSFET транзисторов. Предложены схемные решения и представлены результаты экспериментальных исследований по управлению MOSFEТ-транзисторами с помощью новых драйверных схем, а также дано сравнение с часто используемой драйверной схемой.

Рассмотрены особенности цифровых контроллеров и сопутствующих микросхем для построения высокостабильных DC/DC преобразователей напряжения, размещаемых на печатной плате непосредственно у низковольтных нагрузок (0,8…5–15 В), потребляющих токи до 200 А. Приведен обзор компонентов для цифрового управления мощностью, выпускаемых фирмой Primarion, включенной в 2008 году в состав Infineon Technologies.

Предложен принцип расчета силовых трансформаторов при произвольных законах изменения напряжения и тока. Расчет предполагает удовлетворение двух условий: это обеспечение теплового режима элементов силового трансформатора и получение заданной индуктивности рассеивания. Проведено сравнение шести часто встречающихся конфигураций силовых трансформаторов.

Холдинговая компания НЭВЗ-Союз многие годы специализируется на выпуске электронных приборов силовой электроники специального назначения, в том числе электронных компонентов для радиотехнических устройств СВЧ-диапазона, высокотехнологичных гибридных интегральных модулей СВЧ, полупроводниковых диодов, ограничителей, транзисторов и других электронных приборов.

Любой производитель или проектировщик электронного и электрооборудования часто сталкивается с вопросом подбора электронных компонентов: от выбора того или иного компонента зависит надежность работы оборудования и его долговечность. Одними из наиболее распространенных и часто используемых деталей являются алюминиевые электролитические конденсаторы (АЭК). На первый взгляд кажется, что подобрать подходящий электролит не составляет труда: сейчас на отечественном рынке представлено множество типов электролитических конденсаторов, в основном европейского и азиатского производства, но можно купить и российские электролитические конденсаторы. На всех таких конденсаторах производители указывают множество параметров: рабочий температурный диапазон, емкость, напряжение, рабочий ток, срок службы, размеры и т. д. При всей кажущейся однотипности эти параметры у разных производителей электролитических конденсаторов означают не одно и то же. Особенно четко эти различия видны при сопоставлении европейской продукции и столь популярных в последнее время электролитических конденсаторов азиатских стран, таких как Китай, Тайвань, Южная Корея, Япония. В статье рассматриваются отличия и особенности в определении технических параметров, которые содержатся в технической документации производителей электролитических конденсаторов, европейских и азиатских.

Немецкая компания SIBA — признанный лидер европейского рынка плавких предохранителей с более чем 50-летним опытом разработки и производства широчайшего спектра устройств плавкой защиты. В данной статье речь пойдет о так называемых миниатюрных плавких предохранителях — наиболее широко используемых в устройствах защиты компонентов электронной аппаратуры от перегрузок.

В общем виде рассмотрены основные проблемы импульсных источников питания и приведены меры, способствующие повышению их надежности. Более подробно изложены практические рекомендации по обеспечению надежности импульсных источников питания и их узлов. Рассмотрены конкретные мероприятия по повышению надежности импульсных источников питания.

В статье рассматриваются инновационные решения компании International Rectifier (IR) для реализации электронных пускорегулирующих аппаратов (ЭПРА) с регулированием яркости для люминесцентных ламп. Спрос на ЭПРА с управляемой яркостью свечения люминесцентной лампы достаточно большой. Это связано не только с популярностью декоративного освещения, но и с проблемой энергосбережения. Пользователи сегодня все чаще хотят иметь балласты с регулируемой мощностью. Компания International Rectifier сейчас — признанный лидер в области решений для энергосберегающего освещения на люминесцентных лампах.

Диоды на основе карбида кремния (SiC) уже проникли в быстро развивающийся рынок инверторов для систем питания на основе солнечных батарей, в частности в Европе. Карбидокремниевые диоды Шоттки компании CREE, рассчитанные на работу с напряжением 1200 В, начинают использовать вместо кремниевых диодов в бустерной части, работающей с постоянным напряжением, и скоро их будут внедрять в инверторную часть коммерчески доступных систем.

Авторы приводят общие черты и особенности устройств силовой электроники, а также сообщают об их влиянии на обеспечение надежности. Рассмотрена информация о характерных отказах и неисправностях силовых устройств, обусловленных как отказами компонентов силовой электроники, устройств управления, так и недостаточным учетом реальных условий эксплуатации. Приведены основные причины их возникновения, а также факторы влияния. Среди последних и просчеты при проектировании устройств силовой электроники, недостаточный объем испытаний и другие факторы. В общем виде рассмотрены основные мероприятия, способствующие улучшению надежности разрабатываемых устройств силовой электроники. Отмечены особенности применения силовых полупроводниковых приборов и даны примеры их выбора в конкретных изделиях.

В статье рассмотрены различные структуры и конструктивно-технологические особенности металлооксидных полупроводниковых полевых транзисторов (MOSFET). Определены оптимальные варианты конструктивно-технологического исполнения MOSFET и способы монтажа кристаллов в корпус, обеспечивающие стабильность и воспроизводимость параметров изделий. Представленная информация будет полезна специалистам, работающим в области сборки изделий силовой электроники.

В начале 1990-х годов был обнаружен новый источник повреждений мощных высоковольтных полупроводниковых элементов, который стал причиной достаточно большого количества отказов при эксплуатации оборудования. Этим источником оказалась космическая радиация, оказывающая влияние на все виды приборов: диоды, тиристоры, GTO, IGCT, IGBT и т. д.

Практические аспекты применения плавких предохранителей в силовых электронных устройствах.

В статье показано основное преимущество использования лавинных диодов в электрических схемах с перенапряжением, дано объяснение механизма лавинного пробоя, требования к конструкции и технология изготовления лавинных диодов.

Отмечаются успехи развития в России, как самих устройств силовой электроники, так и электронных компонентов. При этом речь идет не только об ускорении внедрения лучших импортных компонентов, но и об увеличении выпуска лучших отечественных, а также о разработке и изготовлении современных компонентов силовой электроники. На конкретных примерах разработок и проблем внедрения мощных импульсных источников питания в статье показаны организационно-технические, кадровые трудности и препятствия, которые ожидают разработчиков при создании действительно современных устройств силовой электроники. Авторы попытались сделать некоторые обобщения и выдвинуть предложения, которые помогли бы существенно улучшить положение дел в силовой электронике.

Независимо от сферы деятельности, будь то автомобильная, железнодорожная или авиационная промышленность, химическая индустрия или просто профилактическое обслуживание или ремонт электрооборудования, измерение малых сопротивлений — это реальная потребность, когда речь идет о состоянии контактов, токопроводящих элементов и металлизированных покрытий, качестве паяных и сварных соединений.

В последнее время интенсивно развивается новое направление электроники — силовая электроника, включающая интеллектуальные, или «разумные» схемы, а также модульные сборки на основе мощных биполярных транзисторов с изолированным затвором (IGBT), мощных МОП полевых и СИТ-транзисторов [1, 2, 3]. Для пользователей и разработчиков силовой электроники транзисторный модуль IGBT представляет собой, прежде всего, силовой ключ в изолированном или неизолированном корпусе, обладающий набором определенных параметров.

В последнее время наблюдается огромный интерес к ЭПРА (электронным пуско-регулирующим аппаратам) для ламп высокого давления (для «натриевых» ламп и для металл-галогенных) — HPS lamp ballasts (high pressure sodium lamp ballasts) и MH lamp ballasts (metal halogen lamp ballasts). Это в первую очередь связано с высокой удельной световой отдачей ламп — 130 люмен/Вт для «натриевой» лампы (что более чем в 5 раз выше, чем у лампы накаливания) и 90 люмен/Вт для металл-галогенной лампы.

Для работы любого преобразователя, созданного с применением IGBT силовых модулей, необходимо устройство, осуществляющее передачу управляющих сигналов от контроллера к затворам силовых ключей. С ростом мощностей эта задача становится все более сложной, для ее решения необходимо увеличивать нагрузочную способность драйверов, повышать их помехозащищенность и стойкость к наведенным фронтам напряжения. Кроме этого, современное устройство управления должно выполнять целый набор защитных и сервисных функций. Основной целью разработки полностью цифрового драйвера SKYPER 52 стало обеспечение высококачественной передачи изолированных контрольных сигналов в системах средней и большой мощности. В предлагаемой статье описаны основные характеристики нового устройства управления и обсуждены преимущества цифрового способа передачи данных.

В статье представлено семейство IGBT силовых модулей, выпускаемых ОАО «Электровыпрямитель», описываются ход развития производства и способы обеспечения качества этих изделий.

Рассматриваются закономерности работы катушек индуктивности (дросселей) с магнитопроводом для следующих условий работы: в режиме запаса заданного количества энергии без учета и с учетом заданного значения потерь или добротности при произвольной форме тока. Выведены зависимости массы дросселей и удельной энергии от энергии дросселя и приведены формулы и таблицы коэффициентов для практических расчетов.

Зарядные терморезисторы с положительным температурным коэффициентом (PTC) идеально дополняют сглаживающие конденсаторы в источниках питания. В случае возникновения короткого замыкания они ограничивают ток на безопасном уровне.

Разработка качественных силовых шин, кабелей и разъемов для силовой электроники, обладающих минимальными значениями распределенных индуктивностей, импульсных перенапряжений, шумов и помех, является ключевым преимуществом в конкурентной борьбе. Именно такими характеристиками обладает продукция фирмы Methode Electronics, давний и надежный партнер многих корпораций в Западной Европе и США. Изделия этого производителя находят широкое применение в телекоммуникационном оборудовании, компьютерной индустрии, преобразователях мощности, промышленности, на транспорте, в оборонной и аэрокосмической промышленности, медицинском и диагностическом оборудовании.

Серия миниатюрных силовых модулей MiniSKiiP, разработанных компанией SEMIKRON и предназначенных для использования в электроприводах мощностью до 30 кВт, необычайно популярна среди производителей силовой электроники. Об этом свидетельствует тот факт, что доля SEMIKRON на европейском рынке силовых компонентов данного диапазона мощности составляет 46%. Особенностям конструкции силовых модулей MiniSKiiP посвящены, например, статьи [1, 2]. В 2008 году на ежегодной выставке PCIM в Нюрнберге было представлено новое поколение интеллектуальных силовых модулей MiniIPM с интегральным драйвером на основе технологии SOI, полностью исключающей возможность защелкивания.

В нашей стране назрела необходимость замены изношенного подвижного состава. В связи с этим весьма актуален вопрос разработки и производства тяговых преобразователей и преобразователей собственных нужд для железнодорожного транспорта. В данной статье приводится краткий обзор плeночных силовых конденсаторов производства компании AVX / TPC как основной составляющей элементной базы преобразовательной техники.

Исследованы способы монтажа MOSFET силовых транзисторов средней мощности эвтектической пайкой, пайкой легкоплавкими припоями, клеевой композицией и показано их влияние на тепловое сопротивление перехода кристалл–корпус, структуру соединений и выход годных изделий.

Растущие требования по повышению мощности и эффективности преобразовательных устройств приводят к постоянному совершенствованию технологий силовой электроники. В 2007 году компания SEMIKRON анонсировала выпуск 4-го поколения силовых модулей IGBT, отличающихся пониженным уровнем динамических потерь и расширенным температурным диапазоном [1]. Для того чтобы получить максимальный эффект от применения силовых ключей нового типа, параметры антипараллельных силовых диодов должны быть оптимально согласованы с характеристиками IGBT. Разработка силовых диодов семейства CAL4, предназначенных для совместной работы с новой генерацией IGBT Т4, позволила увеличить мощность силовых ключей почти на 30%. Новые диоды имеют расширенный температурный диапазон, что дает возможность использовать созданные на их базе силовые модули в предельно тяжелых условиях применения.

В статье для сравнения анализируется практика обеспечения надежности изделий в Советском Союзе и в России. Также приводятся сведения по системам управления качеством продукции системы стандартов ISO9000. Авторы, на основе проведенного анализа, сделали некоторые обобщения и рассмотрели основные факторы, влияющие на надежность силовых устройств. Предложены в общем виде основные мероприятия, которые способствовали бы улучшению надежности разрабатываемых силовых устройств.

Несмотря на очевидные достижения в развитии электронных и электротехнических компонентов за рубежом и в России, в то же время в электроэнергетике, силовой электронике существуют серьезные проблемы по обеспечению надежности. При общем значительном улучшении качества продукции благодаря внедрению в компаниях систем управления качеством продукции на основе стандартов серии ISO9000 реальная надежность силовых устройств при эксплуатации улучшается медленнее. С каждым десятилетием и даже годом растет количество техногенных катастроф, аварий и отказов в сетях электроснабжения, системах распределения электроэнергии, в силовых исполнительных устройствах. В статье анализируются факторы, влияющие на такое неблагоприятное положение, в том числе и заметное снижение уровня и объемов работ по повышению надежности, в частности силовых устройств, особенно в России.

Отрасли силовой электроники и энергетики тесно связаны между собой. Успешное развитие силовой электроники обеспечивает надлежащее функционирование многих отраслей промышленности, в частности и энергетики. Министерство науки и образования РФ, Федеральное агентство по промышленности, Федеральный фонд развития электронной техники и Правительство Москвы уже официально поддержали организацию объединенного проекта «Силовая электроника и энергетика», многие авторитетные лица дали свои положительные оценки

Для сборки мощных полупроводниковых приборов методами вибрационной пайки и ультразвуковой разварки проволочных выводов предложена бессвинцовая припойная композиция Sn–Ag, формируемая последовательным напылением слоев Sn и Ag с различным соотношением толщин, что позволило варьировать температуру ее плавления в диапазоне от 210 до 300 °С.

В статье рассматриваются новые технические и широкие функциональные возможности твердотельных реле, в которых в качестве управляющего элемента применяется однокристальная микроЭВМ (микроконтроллер).

IGBT силовые модули — традиционные компоненты силовой электроники, которые широко используются во всех отраслях промышленности и бытовой техники. Основные мировые производители этих полупроводниковых компонентов — это ABB, Mitsubishi, Semikron, Infineon Technologies [1]. При этом ABB, Mitsubishi и Infineon производят также и полупроводниковые IGBT и диодные кристаллы для изготовления модулей. В середине 2006 года Infineon присоединила свою дочернюю фирму Eupec и стала одним из мировых лидеров по производству IGBT силовых модулей, а разработанное фирмой в последние годы новое поколение кристаллов IGBT Trench серии IGBT4 (Trench FS4) и выпуск силовых модулей на их основе закрепили ее лидирующие позиции в этой области.

Современные IGBT силовые модули находят широкое применение при создании неуправляемых и управляемых выпрямителей, автономных инверторов для питания электроприводов постоянного и переменного тока средней мощности, преобразователей индукционного нагрева, сварочных аппаратов, источников питания и бытовой техники. Особую роль IGBT силовые модули играют в развитии городского и железнодорожного электротранспорта. Применение этих перспективных приборов в тяговом преобразователе позволяет повышать частоту переключения, упрощать схему управления, минимизировать загрузку сети гармониками и обеспечивать предельно низкие потери в обмотках трансформатора и дросселей.

Компактные силовые трансформаторы MTS, описанные в [1–4], с ферромагнитной обмоткой, совмещающей функции центрального сердечника, пока непривычны, поэтому у специалистов возникают вопросы: каковы нагрузочная способность силового трансформатора, электродинамические усилия между его частями, излучения помех. В процессе создания новых электромагнитных устройств и систем у многих специалистов накапливаются собственные, часто применяемые лаконичные методы расчетов и описания явлений, универсальные технические и технологические решения, которые обеспечивают разной степени удобства в работе, сокращают сроки и повышают качество ее выполнения. Обмен такой статистической информацией между специалистами важен, так как позволяет уменьшить количество собственных экспериментов и расчетов, снижает уровень погрешностей и количество дорогостоящих ошибок. Для описания новой конструкции силового трансформатора в данной статье использованы собственные краткие трактовки, которые, может быть, понравятся электротехникам, несмотря на то, что для последовательного изложения пришлось также кратко повторить общеизвестные истины.

Данная статья посвящена трем представителям семейства силовых дросселей Elhand Transformatory — сетевым, сглаживающим и моторным, а также их совместному использованию. Фирма производит сухие трансформаторы, силовые дроссели и источники питания для применения в таких областях, как: энергетика; системы управления, втоматика и сортировка;кораблестроительная и авиационная промышленность; медицина; железнодорожный транспорт;горнодобывающая, сталеплавильная и химическая промышленность.

Использование новых типов кристаллов IGBT в стандартных конструктивах дает возможность увеличить техническую эффективность и мощностные характеристики силовых преобразовательных устройств без изменения их конструкции. В силовых модулях семейств MiniSKiiP, SEMiX, SEMITRANS и SKiM, производимых компанией SEMIKRON начиная с 2007 года, применяются чипы нового поколения: Trench 4 IGBT от Infineon и антипараллельные диоды CAL 4 собственной разработки. Улучшенные технические характеристики силовых ключей серии Т4 позволяют им с успехом заменить практически все используемые в настоящее время типы низковольтных силовых модулей IGBT. Основные особенности технологии Trench Field Stop были подробно рассмотрены ранее. Предлагаемая статья посвящена вопросам применения компонентов силовой электроники четвертого поколения.

Кратко изложены основные представления о контрактных разработках (проектирование на заказ) устройств силовой электроники, в том числе и источников питания. Приводятся конкретные примеры разработки уникальных и особо сложных силовых устройств. На их основе сделана попытка сформулировать условия успешного проведения значимых контрактных разработок в силовой электронике. Показано, что контрактные разработки часто приводят к появлению новых направлений и идей в силовой преобразовательной технике.

При разработке специализированных силовых модулей для транспортных средств с электроприводом и гибридным электроприводом (гибридных автомобилей, грузовиков, автобусов) необходимо применять уникальные технологии и инновационные конструкторские решения. Противоречивые требования увеличения плотности мощности, расширения температурного диапазона и, в то же время, повышения надежности и снижения габаритов не могут быть удовлетворены только за счет правильного выбора полупроводниковых компонентов. Для создания силового модуля, отвечающего современным запросам рынка, нужны как оптимизация тепловых и электрических характеристик, так и использование принципиально новых подходов к способам проектирования.

При работе в линейном режиме силовой транзистор скорее можно назвать частично открытым, чем полностью закрытым. Линейный режим дает возможность управлять или ограничивать ток через силовой транзистор. Если же функции силового каскада, работающего в линейном режиме, будут дополнены еще и возможностью полного включения транзистора, то силовой каскад станет чрезвычайно полезным в таких устройствах, как электронные нагрузки, твердотельные реле, ограничители пусковых токов и даже ограничители переходных напряжений. Благодаря универсальности силового транзистора все эти функции могут быть реализованы внутри одного блока, например «интеллектуального» твердотельного реле, которое защищает не только нагрузку, но и само устройство.

Многие считают, что дни обыкновенной лампочки накаливания сочтены. За последний век этот вид источника света выдержал испытание временем и стал стандартом для большинства применений. Но новые технологии, основанные на светоизлучающих диодах (LED), настолько хороши, что специалисты прогнозируют скорую замену как ламп накаливания, так и люминесцентных ламп.

Одной из основных проблем, с которой часто приходится сталкиваться разработчикам преобразователей частоты, является возникновение сквозного тока в полумостовых каскадах, вызванное ложным отпиранием силового транзистора из-за наличия емкости Миллера в структуре IGBT. В предлагаемой статье анализируются технические и экономические аспекты четырех различных способов подавления эффекта паразитного включения транзистора, причиной которого является емкость Миллера «коллектор — затвор».

Приведены примеры построения внешней схемотехники для ИМС-драйвера 2ED020I12-F для IGBT / MOSFET силовых транзисторов на основе технологии встроенного силового трансформатора без сердечника и описание работы его функций по защите.

Силовые модули IGBT используются при создании преобразователей широкого диапазона мощностей от 1 кВт до более чем 1 МВт. Для такого широкого диапазона требуются модули c широким диапазоном токов и напряжений. Поэтому и корпус силового модуля IGBT должен быть разработан с учетом различных требований по габаритам, условиям работы и цене.

Структуру современного электропотребления во многом определяет интенсивное внедрение силового электротехнологического оборудования на базе дискретно коммутируемых ключевых вентильных элементов (различного вида преобразователи, классифицируемые в электротехнике термином «нелинейные электроприемники»). Как известно [1], при превышении нелинейными электроприемниками 15…20% части суммарной мощности нагрузки, генерируемые ими гармонические искажения напряжения распределительной сети вызывают дополнительные потери электроэнергии в проводниках, магнитных системах силовых трансформаторов и электродвигателей, вынуждающие, во избежание тепловой перегрузки, снижать их номинальную производительность. Кроме того, в низковольтных распределительных сетях энергосистем отмечены случаи, когда при подключении конденсаторных батарей (КБ) компенсации реактивной мощности (КРМ) на одной из частот присутствующего спектра гармоник (обычно между 250 и 600 Гц [2]) емкость конденсаторных батарей образовывала резонансный контур с индуктивностью сети. Для косинусных конденсаторов ГОСТ 1282-88 «Конденсаторы для повышения коэффициента мощности. Общие технические условия» допускает совокупное увеличение номинального тока не более чем на 30%, как от превышения номинального напряжения, так и от наличия высших гармоник, поэтому из-за возможных значительных токовых перегрузок использование в таких сетях конденсаторных батарей без соответствующей схемной защиты недопустимо.

«Сгорел на работе» — это известное высказывание в полной мере относится к плавким предохранителям. Их единственная и крайне важная задача — собственным «сгоранием» защитить от повреждений дорогостоящее и сложное оборудование, обеспечивая разрыв и ограничение быстронарастающих экстратоков в аварийных режимах, в особенности в условиях, когда другие средства защиты уже бессильны. Для решения этой задачи создаются специальные достаточно сложные конструкции, успешная разработка и производство которых невозможно без глубоких научных исследований в области физики твердого тела, материаловедения, термодинамики. Немецкая компания Siba, один из лидеров европейского рынка плавких предохранителей c 50-летним опытом разработки и производства устройств плавкой защиты, предлагает решения, удовлетворяющие современным требованиям к защите электротехнических и электронных устройств в аварийных ситуациях.

Снижение уровня выбросов двуокиси углерода и экологическая безопасность — ключевые требования нашего времени, предъявляемые автомобильной электронике. Применение модулей прижимной конструкции позволяет преодолеть основные проблемы, связанные с работой тягового электропривода. Дальнейшим шагом на этом пути стало внедрение метода низкотемпературного спекания чипов, впервые в мире использованного компанией SEMIKRON при изготовлении интеллектуального модуля электропривода SKAI. Эти и многие другие инновации нашли свое применение при разработке новой серии модулей SKiM.

Электролитические конденсаторы являются неотъемлемой частью большинства электронных схем. Их цена может вносить существенный вклад в себестоимость всего изделия, что особенно справедливо для устройств силовой электроники. Примером может служить звено постоянного тока силового инвертора. Статья посвящена особенностям применения электролитических конденсаторов, предназначенных для использования в изделиях силовой электроники, на примере новых серий электролитических конденсаторов фирмы HITACHI AIC.

Общей тенденцией современного рынка силовой электроники является уменьшение габаритов преобразовательных устройств при одновременном повышении их мощности. Зачастую для этого приходится кардинально изменять архитектуру силового модуля, чтобы повысить перегрузочную способность или обеспечить более эффективный отвод тепла. В устройствах плавного пуска (софт-стартерах) полупроводниковые кристаллы используются в условиях экстремальных токовых и тепловых нагрузок. Поскольку софтстартер работает в постоянных циклических режимах, стойкость к термоциклированию является одним из основных параметров, определяющих длительность срока службы. Новые модули SEMISTART компании SEMIKRON являются первыми силовыми ключами, специально разработанными для применения в устройствах плавного пуска асинхронных электродвигателей.

В статье рассматриваются характеристики модулей CiPoS™, особенности их построения и применения.

Технология литьевого прессования широко используется при производстве корпусов надежных силовых модулей для различных мощностей от сотен ватт до более чем 4 кВт. Она прекрасно подходит для большого числа модулей IGBT и IPM. Ее преимуществом, по сравнению с конкурирующими, является возможность двойного использования медной рамы — как проводника и как прекрасного охладителя. Кроме того, данная технология позволяет использовать голые чипы IGBT-диодов и управляющих микросхем, и нет необходимости предварительно упаковывать компоненты.

В статье рассматриваются полупроводниковые компоненты и твердотельные ключи, применяемые для работы с импульсными системами. Эти ключи спроектированы для использования в областях, связанных с модуляцией энергии.

Алюминиевые электролитические конденсаторы применяются в фильтрах постоянного и переменного тока в устройствах силовой электроники. Благодаря высокой их устойчивости к импульсному току они находят широкое применение в частотных преобразователях, частотно-регулируемых электроприводах, вторичных силовых источниках электропитания, агрегатах бесперебойного питания, в установках для плавки и термической обработки металлов, в блоках защиты электродвигателей от бросков напряжения, сварочном оборудовании и т.п.

Особенностью непрерывно растущего рынка частотных преобразователей является широкая номенклатура типов и версий, имеющих различные конструктивы, электрические параметры, сервисные функции. В первую очередь технический уровень подобных устройств зависит от свойств используемых силовых ключей. Электрические и тепловые характеристики силовых модулей IGBT во многом определяют класс и область применения преобразователей частоты. Использование новых типов кристаллов IGBT в стандартных силовых модулях позволяет разработчикам увеличить техническую эффективность и мощностные характеристики конверторов без изменения их конструкции.

Резисторы, то есть электрические приборы, обладающие заданным электрическим сопротивлением, являются, пожалуй, одним из самых распространенных типов электронных компонентов. Они применяются в аппаратуре практически любого назначения и области применения. От правильности выбора резисторов, согласно условиям эксплуатации и назначения устройства, во многом зависит безаварийная работа аппаратуры в течение всего срока службы.

Повышенные требования, предъявляемые к качеству силовых полупроводниковых приборов (СПП) большой мощности, обеспечивается только с применением высокоточного измерительного оборудования. Например, при параллельном включении мощных диодов или тиристоров удовлетворительное токораспределение можно получить при разбросе значений прямого импульсного напряжения (для тиристоров — импульсного напряжения в открытом состоянии) порядка ±0,01 В. Такие требования по точности обеспечиваются на измерительном оборудовании с общей погрешностью измерений 1,0–1,5%, а не 5%, установленной стандартом.

В настоящее время микросхемы драйверов для IGBT или MOSFET широко используются во многих областях силовой электроники и электротехники. Однако серьезной проблемой остается электрическая изоляция управляющих цепей от высокого напряжения силовой части. Практически все решения сегодня основываются на применении оптронных гальванических развязок, внешних силовых трансформаторов или преобразователей уровня напряжения, призванных обеспечить корректную работу и высокое качество изоляции. В данной статье рассматривается новый подход, реализованный в ИМС драйвера 2ED020I12-F с интегрированным силовым трансформатором без сердечника.

Широко известны и серийно выпускаются силовые полупроводниковые приборы, в которых гальваническая развязка между цепями управления и силовой частью осуществляется за счет использования оптопары.

Электролитические и танталовые конденсаторы фирмы Hitachi AIC уже много лет известны нашим разработчикам. Компания постоянно совершенствует технологии и улучшает параметры своих изделий. В статье рассматриваются хорошо известные и новые серии конденсаторов, которые, без сомнения, заинтересуют разработчиков силовой электроники и другой электронной техники.

Корпорацией Mitsubishi Electric разработана новая линейка силовых модулей с выдающимися характеристиками. Старшие модели этой серии прекрасно подходят для проектирования высокомощных инверторов. Драйверы компании CONCEPT с технологией active clamping позволяют эффективно бороться с перенапряжениями на силовых модулях без увеличения коммутационных потерь.

Обеспечение бесперебойности электроснабжения технологического оборудования, подключенного на уровне среднего напряжения, требует все более надежных компонентов, способных даже в случае частичного повреждения продолжить реализацию своих функций. В полной мере это можно отнести и к силовым высоковольтным (свыше 1 кВ) конденсаторным батареям, используемым для повышения коэффициента мощности (cosφ). Прогресс в достижении высоких удельных электрических характеристик силовых конденсаторов всегда был следствием появления и применения более совершенных материалов и технологий. Одно из основных эксплуатационных преимуществ металлопленочных конденсаторов [1] — самовосстановление диэлектрической системы после локального пробоя (self-healing) — позволило повысить энергетическую эффективность пленочных конденсаторов за счет увеличения рабочей напряженности их электрического поля. С начала 1990-х годов большинство низковольтных (до 1 кВ) косинусных конденсаторов изготавливается по различным модификациям металлопленочной технологии [1]. Однако для косинусных конденсаторов среднего уровня напряжения (3–11 кВ), обладающих, по сравнению с низковольтными, гораздо бóльшей запасаемой и выделяемой при процессе самовосстановления энергией, применение данной технологии встретило ряд проблем. Только за последние пять лет, благодаря оптимизации структуры обкладок, некоторым электротехническим компаниям удалось наладить производство металлопленочных конденсаторов, одновременно рассчитанных на высокое номинальное напряжение и большие единичные мощности. В их число входит и Electronicon Kondensatoren GmbH, разработавшая и серийно выпускающая косинусные конденсаторы среднего напряжения серии MSD [2–4].

Для правильного выбора и расчета IGBT-драйвера необходимо решить несколько задач. Эти вопросы лишь частично освещены в описаниях IGBT-модулей. Так, например, широко распространено допущение, что значение входной емкости Ciss, указанное в описании модуля, соответствует той входной емкости, которая действительно используется в конструкциях. Много разработчиков впоследствии часто попадали в эту ловушку.

NCL – частная английская компания, производящая современные силовые конденсаторы для всевозможных сфер применения в силовой электронике. Предприятие стабильно развивается и имеет хорошую репутацию в мире благодаря как высокому качеству продукции, так и инновациям. Компания находится в центре развития технологий изготовления силовых конденсаторов, занимая одно из лидирующих положений на рынке.

Компания EPCOS разработала конденсаторы серии PCC-HP (Power Chip Capacitor High Power) — новое поколение силовых конденсаторов, основанных на технологии MKK — металлизированная пленка, компактный, легкий, сухой дизайн.

Всё чаще инверторы находят применение в бытовой технике — в стиральных машинах, кондиционерах и холодильниках, что увеличивает эффективность и управляемость этих систем. Особенно эффективно использование в этих системах интеллектуальных силовых модулей (IPM), сочетающих в себе как силовые кристаллы, так и систему управления с функциями защиты. Это позволяет упростить систему и сделать её более надёжной.

В последние годы существенно возрос уровень сложности силовых электронных устройств, применяемых на объектах транспорта, добывающих и перерабатывающих отраслей промышленности, в системах генерирования и распределения электрической энергии. Одновременно с усложнением силовых устройств, увеличением их функциональности и улучшением экономичности, важным условием успешной работы таковых является надежная защита силовых полупроводниковых приборов, трансформаторов, коммутирующих, фильтровых и накопительных конденсаторов, токоведущих устройств в условиях аварийных и перегрузочных режимов. Отсутствие или неправильное применение должных элементов защиты существенно снижает экономический эффект от применения современных преобразовательных устройств большой мощности из-за высокой стоимости комплектующих и работ по их замене в случае выхода из строя, не говоря уже об убытках, вызванных простоем технологического оборудования, транспортных средств и т. п. Данная статья посвящена плавким предохранителям.

В настоящее время одним из самых быстроразвивающихся направлений рынка силовой электроники в России является рынок электроприводов и мощных преобразователей, обладающий значительным потенциалом и хорошими перспективами. Это подтверждает и возрастающий интерес отечественных производителей силовой преобразовательной и приводной техники, в том числе и спецтехники, к зарубежной элементной базе.

В настоящее время в силовой электронике высокие требования предъявляются как к надежности оборудования, так и к его энергетической эффективности. В связи с этим все более популярными становятся силовые модули IGBT, MOSFET и диодные силовые модули.

ОАО «ОКБ «ИСКРА» совместно с ведущим российским предприятием в области микроэлектроники ОАО «АНГСТРЕМ» (Зеленоград), разработали мощный высоковольтный ДМОП силовые транзистор с поликремниевым затвором. Транзистор характеризуется максимальным напряжением «сток — исток» 600–1200 В, током стока 50–150 А, сопротивлением в открытом состоянии 0,08–0,3 Ом и низкими потерями при переключении. Конструкция и технология изготовления кристалла силового транзистора обеспечивают низкие значения входной, выходной и проходной емкостей, малый заряд затвора, короткий канал, стабильность порогового напряжения транзистора и высокую удельную проводимость на единицу площади.

Рассмотрены особенности работы силового трансформатора в схеме последовательного резонансного инвертора в несимметричном режиме. Дана количественная оценка смещения частного цикла петли гистерезиса в зависимости от величины несимметрии. Рассмотрен вариант симметрирования частного цикла петли гистерезиса с помощью включения разделительной емкости в цепь первичной обмотки силового трансформатора, определены условия благоприятного переходного процесса, исключающего завышение рабочей индукции его магнитопровода. Показано влияние индуктивности рассеяния силового трансформатора на процессы перемагничивания.

Разработка преобразователей высокой мощности является сложнейшей задачей, требующей внимательного подхода на всех этапах проектирования. Успешная разработка подобных изделий немыслима без анализа распределенных параметров конструкции и проведения многоступенчатого теплового расчета. Только анализ тепловых режимов, включающий расчет пиковых перегрузочных состояний, может дать однозначный ответ о правильности выбора элементной базы.

В статье приведены результаты разработки, производства и использования комбинированных защитных устройств сварочного трансформатора типа КЗУСТ. Устройство обеспечивает безопасное выполнение сварочных работ на переменном токе и экономию электроэнергии. За счет высокой чувствительности исключает помеху сварщику при зажигании дуги. КЗУСТ снабжено защитой, а также системой диагностики и измерения сварочного тока.

Инверторы напряжения предназначены для преобразования энергии постоянного напряжения (тока) в энергию переменного напряжения (тока). По принципу действия, назначению и условиям эксплуатации конкретные практические схемы инверторов весьма разнообразны. Сегодня инверторы напряжения занимают большую долю российского рынка силовой преобразовательной техники. Устройства данного класса широко используются как в бытовой и промышленной, так и в военной технике.

Открытое акционерное общество «Донской завод радиодеталей» — предприятие, более 40 лет специализирующееся на разработке и изготовлении керамических деталей из вакуумплотной алюмооксидной керамики для источников питания и широчайшего применения в силовой электронике.

Жесткая конкуренция и растущие требования по энергосбережению, эффективности и миниатюризации силовых преобразовательных устройств требуют от фирм-производителей постоянного улучшения параметров компонентов, совершенствования технологий. На ежегодной международной выставке по силовой электронике PCIM-2005 компанией SEMIKRON было представлено новое поколение выпрямителей в конструктиве SEMiX [1]. SEMIKRON первым из производителей разработал выпрямительные мосты в сверхплоских корпусах, в которых годом раньше была выпущена серия силовых модулей IGBT. Предлагаемая серия элементов является «мостом» к созданию миниатюрных плоских конструкций конверторов с предельно малыми значениями распределенных индуктивностей силовых шин.

Способность самовосстановления после локального пробоя (self-healing) является одним из основных эксплуатационных свойств металлопленочных силовых конденсаторов. Однако, в отличие от газовых или жидких диэлектриков, металлизированная полимерная пленка не способна самостоятельно восстановить свою электрическую прочность. Реализация данного свойства в силовых конденсаторах обусловлена выбором диэлектрической системы и конструктивной адаптацией обкладок.

В преобразователях напряжения важная роль отводится силовым диодам Шоттки. Но если силовые транзисторы и микросхемы постоянно находятся в поле зрения разработчиков полупроводниковых приборов, то технологическому и конструктивному развитию силовых диодов не уделяется должного внимания. Ведущие фирмы не занимаются созданием новых версий силовых диодов, считая эти приборы коммерчески невыгодными. Другие фирмы в основном делают косметические доработки, которые не приводят к существенному улучшению параметров диодов Шоттки. Однако без значительного повышения характеристик силовых диодов нельзя говорить об увеличении эффективности в преобразовании энергии. В настоящей статье рассмотрены некоторые аспекты по совершенствованию технологии и конструкции диодов Шоттки. Использование современных достижений в технологии изготовления полупроводниковых приборов позволяет достичь высоких электрических параметров. А это прямой путь к созданию высокоэффективной аппаратуры.

Одним из наиболее интересных конструкторских решений, применяемых в силовых модулях SEMIKRON, является использование пружинных контактов. Пружинные контакты предназначены для коммутации широкого диапазона токов: от единиц миллиампер в сигнальных соединениях до десятков ампер в силовых цепях. Несмотря на широкое промышленное использование силовых модулей IGBT прижимной конструкции, многие специалисты продолжают сомневаться в надежности такого способа подключения, особенно в условиях жестких внешних воздействий. В настоящей статье приводятся результаты исследования влияния агрессивных сред на стабильность контактных характеристик прижимных соединений.

В статье рассматриваются способы определения износостойкости IGBT силовых модулей ABB серии HiPak.

На выставке PCIM, прошедшей в Нюрнберге в мае 2006 года, компанией SEMIKRON были представлены новые компоненты семейства SEMITOP. С их появлением максимальная моторная мощность в инверторном включении для данного класса силовых модулей увеличена более чем в 3 раза. Это стало возможным благодаря тщательной компьютерной проработке тепловых и механических характеристик конструктива SEMITOP 4.

В статье описаны методики определения параметров модифицированных PSpice моделей мощных МДП полевых транзисторов и биполярных транзисторов с изолированным затвором IGBT по экспериментальным характеристикам с помощью систем MATHCAD и PSpice Optimizer.

Рассмотрение лавинных процессов в полевых транзисторах серии CoolMOS™ при их использовании в импульсных источниках питания. Часть 2.

В статье представлена методика расчетов тока рабочей перегрузки симисторов, позволяющая правильно выбрать тип симистора под заданный режим эксплуатации на основании технических характеристик, указываемых производителем.

Совершенствование полупроводниковых ключевых элементов силовых преобразователей частоты (ПЧ) позволяет производить их переключение на все более высоких частотах и рабочих напряжениях, увеличивая таким образом энергетическую эффективность и снижая (при условии паритета передаваемой мощности) массо-габаритные размеры ПЧ. Одновременно повышение тактовой частоты в сочетании с высокой крутизной наносекундных фронтов импульсов ШИМ приводит к значительным переходным перенапряжениям, предъявляющим соответствующие требования к конструктивному построению преобразователя, в частности, к выбору типа силовых конденсаторов DC-шины [1] — связующего звена между выпрямителем и инвертором ПЧ, во многом определяющего эксплуатационную надежность его силовой части.

Одна из основных тенденций развития силовой полупроводниковой техники — замена дискретных приборов в герметичных металлостеклянных корпусах на силовые модули, в которых структуры силовых полупроводниковых приборов (СПП) — силовых тиристоров, триаков, силовых транзисторов, силовых диодов и т. д. — монтируются на изолирующем керамическом основании и герметизируются в пластмассовом корпусе. Структуры силовых полупроводниковых приборов ведущих мировых фирм имеют одностороннюю пассивацию, анодный выпрямляющий р-n-переход выводится на верхнюю плоскость структуры при помощи периферийной разделительной области (РО). Такие структуры [1] допускают монтаж непосредственно на металлизированную керамическую подложку без термокомпенсатора, благодаря чему обозначилась тенденция увеличения токономинала модулей и роста обратного напряжения.

Производство изделий силовой электроники, в особенности силовых модулей, включает четыре основных операции: монтаж кристаллов, их пайку на основание или подложку, ультразвуковую сварку и окончательную сборку/герметизацию. Все эти процессы требуют аккуратного и серьезного подхода. Как показала практика, организовать производство силовой электроники на порядок сложнее, чем, к примеру, участок поверхностного монтажа. Проблема усугубляется тем, что в последние годы отечественные производители силовых модулей столкнулись с жестким натиском «белых» и «серых» импортеров зарубежных изделий.

Производство датчиков тока и напряжения для промышленности и транспорта осуществляет предприятие АВВ Entrelec, находящееся около г. Лион во Франции. Объем продаж завода за прошлый год составил $80 млн, при этом 90% продукции экспортируется в другие страны мира. При общем числе сотрудников 450 человек компания проводит весь цикл работ от разработки до производства, сертифицированного по ISO 9001:2000, и логистики. Компания АВВ Entrelec производит четыре различных вида продукции: датчики, контакторы, переключатели и логические контроллеры. Сегодня речь пойдет о новых разработках в области измерений токов и напряжений.

В статье описаны стандартные методы экспериментального исследования лавинного процесса и проблемы, связанные с ним, в импульсных источниках питания, а также характеристики безопасного режима при лавинных процессах в CoolMOS™ полевых транзисторах. Показано, что хотя транзисторы серии CoolMOS™ и не велики по размеру кристалла по сравнению с обычными полевми транзисторами MOSFET, но все же обеспечивают высокие показатели устойчивости при работе с лавинными процессами.

Надежная работа преобразователей частоты и импульсных источников питания на основе IGBT во многом определяется как надежностью применяемых силовых ключей, так и организацией правильного управления и защиты IGBT силовых модулей. Эти функции и обеспечиваются драйверами управления IGBT. В данной статье представлена последняя серия драйверов, разработанных в ОАО «Электровыпрямитель» и применяемых в новой серии преобразователей частоты «Омега-2».

Корпорация Mitsubishi Electric, лидер в развитии силовых полупроводниковых устройств, представляет новые силовые модули Mega Power Dual IGBT на следующие номиналы: 900 A/1200 В, 1400 A/1200 В и 1000 A/1700 В. Эти устройства основаны на последней технологии кристалла CSTBT. Уникальные преимущества конструкции силовых модулей Mega Power Dual IGBT делают их незаменимыми при производстве высокомощных инверторов, ветряных генераторов и электроприводов высокой мощности.

Самым перспективным направлением создания современных силовых транзисторов являются комбинированные биполярно-полевые структуры, сочетающие принцип полевого управления и биполярный механизм переноса тока. Наиболее распространен вариант конструкции, называемый биполярным транзистором с изолированным затвором, или IGBT. Базовая ячейка подобной конструкции показана на рис. 1 и представляет собой схему составных биполярного транзизстора (БТ) и полевого транзистора (МОПТ). Монолитное исполнение IGBT произвело настоящую революцию в преобразовательной технике, значительно приблизив свойства силового транзистора к требованиям идеального ключевого элемента.

В статье описывается новая NF-серия IGBT силовых модулей производства фирмы Mitsubishi Electric. Серия NF выпускается в новых корпусах и по новым технологиям изготовления IGBT — CSTBT (Carrier Stored Trench-Gate Bipolar Transistor). В статье сравниваются новая структура IGBT-кристалла CSTBT серии NF со стандартной серией Н фирмы Mitsubishi Electric.

В технической литературе по силовой электронике часто можно прочесть заключения авторитетных специалистов о том, что технология IGBT себя изжила, все параметры доведены до физических пределов, значительных улучшений не предвидится. Однако практика последних лет показывает, что как только таких мнений становится достаточно много, обязательно появляется очередная идея, приводящая к новому качественному скачку в технологии этих чрезвычайно популярных силовых ключей. Данный процесс идет по спирали, и мы видим, что даже эволюционные изменения, подчас связанные с небольшой доработкой структуры или появлением нового слоя, приводят к существенному улучшению характеристик силовых модулей. В статье дан краткий обзор существующих поколений IGBT и предложена информация о новых технологиях, которые придут к нам в ближайшем будущем.

Использование компонентов силовой электроники для компенсации реактивной мощности — силовых конденсаторов и фильтрующих дросселей — один из наиболее простых и эффективных способов энергосбережения в промышленных и коммунально-бытовых распределительных сетях.

Многие годы разработчикам выпрямителей на большие токи до 100 кА и выше требовались мощные силовые диоды, лавинные диоды и силовые тиристоры не только с повышенной стабильностью и низким разбросом параметров, но и с высокой термодинамической устойчивостью корпуса (ТДУ).

Одним из составных элементов фильтров постоянного тока в преобразовательной технике и источниках питания являются алюминиевые электролитические конденсаторы. Сегодня на рынке представлены алюминиевые электролитические конденсаторы как зарубежного производства, так и отечественные.

Более 45 лет французское отделение компании SEMIKRON занимается разработкой и производством узлов мощных преобразователей, содержащих силовые полупроводниковые ключи, силовые конденсаторы, драйверы, шины, датчики. За эти годы выпущено более 15 тыс. подобных изделий, спроектированных на основании технических заданий. Создание международной проектной сети SEMIKRON позволило компании укрепить позиции мирового лидера в области производства силовых сборок для конкретного применения по требованиям, определяемым заказчиком.

При разработке силовой преобразовательной техники на основе высокочастотных полумостовых транзисторных элементов значительной проблемой для силовой электроники всегда является обеспечение защиты от сквозных токов. Микросхемы IXDP630 и IXDP631, выпускаемые фирмой IXYS, позволяют сравнительно просто реализовать такую защиту.

В статье приводится анализ электромагнитных процессов в Виенна-выпрямителе и сравнение этого типа устройств с активным выпрямителем.

Симисторы (триаки) от Philips Semiconductors.

В статье рассмотрены вопросы применения карбид-кремниевых диодов Шоттки в качестве антипараллельных в инверторах с жестким переключением. Приведены экспериментальные результаты измерений составляющих потерь, прогнозы развития данного направления.

Одна из бурно развивающихся областей электроники в XXI веке — это силовая электроника. Наиболее перспективным направлением в ней являются интеллектуальные силовые компоненты: интегрированные силовые микросхемы, ключи и силовые модули. Сегодня данный процесс стремительно происходит благодаря успехам в совершенствовании технологии изготовления и, как следствие, значительному улучшению параметров мощных полевых транзисторов (MOSFET), биполярных транзисторов с изолированным затвором (IGBT), силовых драйверов более высокой степени интеграции. Интеграция схем управления (драйверов, контроллеров) в силовые ключи и затем в исполнительные устройства и механизмы стала и необходимым, и оправданным шагом. В настоящее время, а тем более в будущем, интеллектуальным силовым компонентам в силовой электронике альтернативы не предвидится.

В схемах с большой частотой переключений на смену традиционным электромагнитным реле пришли силовые полупроводники с оптической развязкой. К изделиям этого типа относятся хорошо зарекомендовавшие себя на практике силовые оптронные тиристоры (ТО), оптронные симисторы (триаки) и полупроводниковые силовые модули на их основе (МТОТО).

Среди широкого ряда изделий силовой электроники, которые выпускает сегодня ОАО «Электровыпрямитель», заметное место занимают силовые модули IGBT. В этом году исполняется 10 лет с тех пор, как предприятие изготовило и поставило потребителям первые образцы этих популярных во всем мире приборов силовой электроники.

В статье рассматривается микросхема IR2520, а также решения на ее основе, такие как недорогие схемы с коррекцией коэффициента мощности для управления электронными балластами.

В статье рассмотрены варианты реализации электротрансмиссионных систем запуска транспортных силовых установок с совмещением функций стартера и генератора в единой двухкаскадной синхронной машине с асинхронизированным синхронным возбудителем. Предложены структуры бортовых каналов генерирования постоянного повышенного напряжения, а также комбинированных систем электроснабжения для перспективных транспортных средств: самолетов с полностью электрифицированным оборудованием, дизель-поездов и тепловозов с электротрансмиссией, судов и др.

В статье представлена методика расчета температуры кристаллов IGBT силового модуля, работающего в составе преобразователя частоты. Методика основана на информации о мгновенных значениях выходных токов, входного напряжения и вектора управляющих воздействий инвертора. Рассмотрена тепловая модель IGBT силового модуля, позволяющая в реальном времени вычислять мгновенные значения температуры кристаллов, и тепловая защита преобразователя частоты, построенная на ее основе. Приведены результаты моделирования, натурного эксперимента и промышленного внедрения.

Достоинства силовых ключей, производимых по IGBT технологии, неоспоримы. Высокая плотность тока и хорошая перегрузочная способность, низкие статические и динамические потери, способность работать при напряжении промышленных сетей делают IGBT силовые модули чрезвычайно привлекательными для использования в преобразовательных устройствах широкого диапазона мощности. Это относится и к электроприводам, применяющимся на электротранспорте: в трамваях, троллейбусах, метро и транспортных средствах будущего — электро- и гибридных автомобилях. Очень важно, чтобы экстремальные температурные режимы работы полупроводников, свойственные транспортным применениям, обеспечивались без ущерба для надежности и не приводили к снижению срока службы. Как показывают многочисленные исследования, отказы силовых модулей, как правило, происходят вследствие термомеханических напряжений, вызванных перепадами температуры. Для подтверждения стойкости силовых ключей к специфическим условиям эксплуатации существуют различные виды ускоренных испытаний. В процессе подобного тестирования исследуется зависимость количества термоциклов, которые силовой модуль может выдержать без разрушения, от градиента температуры и ее среднего значения.

StakPak™ — семейство IGBT словых модулей и силовых диодов компании АВВ Semiconductors в новом модульном корпусе, конструкция которого гарантирует равномерное распределение нагрузки на полупроводниковые чипы при использовании в многоуровневых сборках (стеках).

Индийско-немецкая фирма POWERSEM, существующая более 20 лет, известна как лидер в производстве недорогих стандартных компонентов силовой электроники. Однако на российском рынке электронных компонентов эту компанию знают не столь хорошо. Мы постараемся восполнить такой пробел и рассказать об особенностях продукции POWERSEM, необходимой для широкого диапазона применений.

Традиционно отличаясь быстродействием и мощностью, а также ограниченным запасом энергии, ультраконденсаторы преображаются в быстрые, мощные и энергоемкие устройства, которые, скорее всего, найдут применение главным образом в гибридных автомобилях с гибридным приводом и резервных источниках питания.

Любой силовой конденсатор — элемент электрической цепи, предназначенный для использования его емкости, обладает набором потребительских свойств, определяемых совокупностью параметров эквивалентной схемы. Хотя история существования данного устройства и насчитывает более двух с половиной столетий, изготовить универсальный вариант силового конденсатора пока не удалось. Однако в силовом конденсаторостроении это не препятствует созданию все новых конструкций и специальных приложений, а также усовершенствованию исходных материалов. Сегодня на мировом рынке разработки и внедрения технологий пассивных электронных компонентов накопления электроэнергии компания EPCOS AG занимает лидирующие позиции.

Силовые полупроводниковые приборы являются важнейшей элементной базой каждого преобразовательного устройства. Так же, как и электронные компоненты схем управления, эти приборы оказывают большое влияние на эффективность всей преобразовательной системы.

Статья продолжает тему конструкционного построения коммутационных аппаратов автоматических конденсаторных установок компенсации реактивной мощности, начатую в первом номере журнала «Силовая Электроника» за 2005 год [1].

Специализированный контроллер управления типа КЭО1-220 для управления внутренним и наружным освещением предприятий промышленности, энергетики и транспорта, организаций, городов и других населенных пунктов обеспечивает автоматическое включение и отключение как одиночных осветительных приборов и установок, так и группового освещения по заданной программе. Он также предусматривает автоматическую коррекцию при изменении продолжительности светового дня, при переходе с зимнего на летнее (и наоборот) время, а также управление от внешних сигналов.

В статье приводится описание одного подхода к решению проблем, связанных с измерениями электрических параметров, классификации и электрических испытаний кристаллов IGBT и FRD. Описан технологический маршрут классификации разделенных кристаллов, который позволяет реализовать высоковольтные и сильноточные электрические режимы и контролировать не только статические параметры, но оценивать и измерять с высокой точностью параметры, определяющие динамические характеристики будущих приборов — времена переключения и емкости — до их сборки в дорогостоящие корпуса. Особый интерес представляет широкое использование данного подхода для подбора кристаллов по электропараметрам с целью их согласования при параллельном соединении в силовых модулях. Кроме того, данный подход, по сравнению с групповым методом (в составе пластины), позволяет более точно оптимизировать радиационную обработку кристаллов при регулировании их быстродействия.

Как известно, проверка параметров и функционирования изделий электронной техники (ИЭТ) на соответствие ТУ не гарантирует его надежную работу. Для отбраковки потенциально ненадежных изделий традиционно используют электротермотренировку (ЭТТ), т. е. подачу на прибор электрических режимов и температуры в течение определенного времени. Однако этот метод имеет свои недостатки, которые могут поставить под сомнение целесообразность его применения. В качестве альтернативы авторы предлагают методы диагностического контроля и отбраковки на основе активации и выявления скрытых дефектов в структуре изделия.

Надежность силовых тиристоров, использующихся в режимах включения с повышенными значениями скорости нарастания тока в открытом состоянии diT/dt, во многом определяется электрическими и термическими процессами, происходящими в области первоначального включения (ОПВ). Статистика показывает, что около 50% всех отказов силовых тиристоров в электрических преобразователях напряжения вызваны термически активируемыми эрозионными процессами в области управляющего электрода (УЭ). Знание этих процессов и причин их возникновения позволяет выявить потенциально ненадежные приборы и определить предельно допустимые режимы эксплуатации силовых тиристоров, при которых достигаются требуемые значения показателей надежности.

В статье рассматривается очередной этап совместной работы специалистов НИЦ СПП ВЭИ и кафедры ПЭ МЭИ по разработке новых силовых транзисторов, собранных по каскодной схеме и управляемых по затвору МОП структурой.

Наличие встроенного датчика тока в ключевом MOSFET силовом транзисторе позволяет эффективно защищать выходные цепи устройств от перегрузок по току и коротких замыканий. При этом повышается надежность прибора и снижается его стоимость, так как отпадает необходимость в использовании мощных токовых шунтов. В данной статье будут рассмотрены ключевые MOSFET силовые транзисторы с датчиком тока производства Philips Semiconductors, а также различные методы измерения тока нагрузки.

Одной из важнейших задач в разработке современных источников электропитания и модулей коррекции коэффициента мощности (ККМ) является увеличение удельной мощности изделия и сокращение его массы и габаритов. Для решения данной проблемы требуется переход на более высокие рабочие частоты и, соответственно, применение новых быстродействующих компонентов силовой электроники. Одним из наиболее значимых элементов ключевой схемы является быстрый силовой диод.

Одной из основных задач при разработке силовых трансформатора является уменьшение его габаритных размеров при одновременном увеличении эффективной мощности. Сегодня силовой трансформатор переживает второе рождение — на смену традиционной технологии построения силового трансформатора приходит новая — планарная технология. Принцип построения электромагнитных устройств по новой технологии заключается в использовании печатных плат вместо каркасной сборки и проволочной обмотки. Роль обмотки в новой технологии выполняют дорожки, нанесенные на плату печатным способом. Платы укладываются в несколько слоев, разделенных между собой изоляционным материалом, и заключаются в ферритовый сердечник.

ОАО «Электровыпрямитель» освоило производство и приступило к выпуску высокомощных силовых диодов и тиристоров таблеточной конструкции для преобразовательного оборудования, используемого в промышленности, энергетике, транспорте, металлургии, на крупных объектах коммунального хозяйства и др. Новые полупроводниковые приборы изготавливаются на основе кремниевых структур диаметром от 63 до 101 мм, собираются в металлокерамические корпуса и предназначены для эксплуатации во всех климатических зонах России, а также в районах с холодным и тропическим климатом.

В статье описана методика расчета параметров выходного фильтра на заданный коэффициент гармоник напряжения на нагрузке. Приведен пример расчета Г-образного LC-фильтра мостового инвертора, реализующего равномерную многократную однополярную широтно-импульсную модуляцию (ШИМ) по синусоидальной функции построения, с применением необходимых формул и иллюстрацией характерных графиков и диаграмм.

Быстродействующий каскодный ключ с полевым управлением.

Бурное развитие силовой преобразовательной техники, происходящее в настоящее время, неразрывно связано с появлением на рынке полупроводников новых компонентов, обладающих уникальными импульсными характеристиками. В первую очередь это силовые транзисторы MOSFET и IGBT, а также управляемые тиристоры GTO. Использование этих компонентов в мощных электроприводах, источниках питания и др. позволяет создавать преобразователи, имеющие высокую эффективность и отличные массогабаритные показатели. Однако необходимо принять во внимание, что не только силовые ключи определяют качественные показатели преобразовательного устройства, его разработка немыслима и без разнообразных пассивных компонентов — силовых конденсаторов, снабберов, элементов защиты, резисторов. О мощных резисторах, необходимых для разработки и производства силовых преобразователей, и пойдет речь в данной статье.

Анализ развития конструктивного исполнения и технологии формирования элементарной ячейки IGBT биполярного транзистора показывает бесперспективность использования эпитаксиального наращивания рабочего слоя для высоковольтных полупроводниковых приборов с напряжением более 800 В. Передовые зарубежные фирмы работают с пластинами с тонким рабочим слоем исходного кремния или непосредственно с тонкими исходными пластинами кремния (bulk-diffused silicon). Другим возможным решением проблемы высокотемпературной обработки тонких рабочих пластин кремния является использование структур типа КНД, формируемых оригинальным процессом склейки через тонкий слой высокотемпературного стекла. Реализованные на базе этого конструктивно-технологического решения планарные варианты IGBT биполярных транзисторов показали высокие эксплуатационные характеристики и приемлемую технологическую воспроизводимость стабильности.

Основная проблема при параллельном включении MOSFET полевых транзисторов — возникновение паразитных колебаний. В статье рассмотрены причины возникновения паразитных колебаний в полевых транзисторах компании Advanced Power Technology, исследованы методы их устранения и доказано, что добавление к базе транзистора индуктивности типа ферритового цилиндра (Ferrite bead) является наиболее оптимальным решением. Полученные результаты справедливы и для биполярных транзисторов типа IGBT.

В результате быстрого развития технологий мощных полупроводниковых приборов, в первую очередь MOSFET и IGBT, а также устройств управления — драйверов и микроконтроллеров, понятие «схемотехника» как искусство создания принципиальной схемы утратило свое первоначальное значение. Разработчику силового каскада требуется всего лишь грамотно выбрать ключевой элемент и драйвер, пользуясь соответствующими цифрами и графиками. Однако это «всего лишь» иногда оказывается серьезной проблемой. Предельные данные тока и напряжения транзистора или модуля, обычно вынесенные в заголовок технических характеристик, не дают разработчику никаких данных для расчета, а позволяют только в первом приближении сравнить один элемент с другим. Сложность выбора компонента заключается в том, что желательно максимально использовать его мощностные характеристики, чтобы не платить лишних денег за неоправданный запас по мощности. Упростить решение обеих задач — выбора компонента и поиска замены — позволяют автоматизированные программы теплового расчета.

Жесткая конкуренция, существующая в сфере производства компонентов силовой электроники, требует от фирм-производителей постоянного улучшения параметров компонентов, совершенствования технологий, разработки новых поколений элементов с уникальными характеристиками. Этого же требуют и растущие мировые требования по энергосбережению, эффективности и миниатюризации силовых преобразовательных устройств. Производители постоянно борются за снижение габаритов силовых модулей, повышение уровня их «интеллекта», снижение стоимости. У современного разработчика нет времени на схемотехнику, он хочет иметь максимально законченный силовой блок и заниматься только отработкой алгоритмов управления. Благодаря усилиям инженеров и конструкторов SEMIKRON эта фирма является бессменным лидером в области компонентов для мощных применений. На выставке PCIM-2004, прошедшей в Нюрнберге в мае 2004 года, было представлено новое поколение интеллектуальных силовых модулей IGBT, построенных на основе модулей последнего поколения SEMiX и драйвера SKYPER.

В данной статье рассмотрены основные характеристики press-pack IGBT фирмы Westcode, показаны возможности построения различных преобразователей на их основе. Предложенный материал является базовой информацией, необходимой для понимания возможностей и задач данной технологии. Стоит отметить, что рассмотренные силовые транзисторы являются первым поколением, серийно освоенным компанией, которая в настоящее время предлагает press-pack IGBT на напряжения 2500, 4500 и 5200 В в трех типах корпусов: 47, 75 и 100 мм.

Рассмотрены модели большого сигнала мощных биполярных транзисторов как для приближенного кусочно-линейного, так и для уточненного численного анализа режимов работы силовых транзисторов и процессов в преобразовательных устройствах. Рассмотрены также методики определения параметров передаточной, кусочно-линейной, модифицированной передаточной, PSpice (Гуммеля-Пуна) моделей по справочным данным.

Производство оборудования для контроля и измерения параметров компонентов силовой электроники в настоящее время является перспективным на отечественных предприятиях. Спрос на него гораздо больше, чем количество предложений, представленных на рынке. В статье анализируются методы построения подобного оборудования. Рассмотрены основные требования к измерительному оборудованию и описан способ его применения в составе автоматизированного измерительного комплекса.

На выставке PCIM-2003, прошедшей в Нюрнберге в мае 2003 года, впервые было представлено новое поколение силовых модулей IGBT SEMIKRON SEMiX, предназначенных для производства высокоэффективных малогабаритных мощных преобразователей. В этом году на PCIM-2004 можно было увидеть новые модификации SEMiX — трехфазный инвертор SEMiX 13 и интеллектуальный силовой модуль на основе модуля SEMiX 3 и новейшего драйвера SKYPER.

Основные усилия разработчиков компании SEMIKRON направлены на удовлетворение жесточайшим требованиям, предъявляемым к современным компонентам силовой электроники. Прежде всего, это требования по надежности, энергосбережению и электромагнитной совместимости. Компания SEMIKRON известна в первую очередь благодаря своим уникальным разработкам в области силовых компонентов высокой мощности. Однако в производственной программе фирмы имеются силовые модули SEMITOP, предназначенные для использования в маломощных применениях.

В первом номере «Силовой электроники» была опубликована статья «Сравнительные экспериментальные исследования силовых модулей IGBT и модулей на основе комбинированных СИТ-МОП силовых транзисторов» [1]. В настоящей статье представлены дальнейшие исследования комбинированных силовых транзисторов в широком диапазоне выходных параметров, в том числе заключительный интервал выключения — стадия протекания остаточного или «хвостового» тока. Информация о характере и параметрах данного процесса, как правило, не указывается в справочных данных.

В статье рассматриваются вопросы выбора ключевых полупроводниковых приборов для преобразователей напряжения. Приводится методика быстрого оценочного расчета потерь в инверторах и оценка эффективности применения перспективных силовых транзисторов.

В условиях жесткой конкуренции одним из основных факторов, обеспечивающих стабильное продвижение вперед, является ориентирование на самые передовые технологии, которые особенно востребованы в ракетно-космической технике, авиации, медицине и промышленном управлении. В этих областях техники идет постоянная смена поколений оборудования и систем, совершенствуются характеристики и повышается надежность. Поэтому компания International Rectifier (IR) сосредоточила основные усилия на производстве высоконадежной продукции, которую принято называть продукцией Hi-Rel (High Reliability).

Корпорация IXYS выпускает широкий спектр компонентов силовой электроники: 1. силовые диоды: выпрямительные, сверхбыстрые, Шоттки, GaAs, SiCa и др.; 2. дискретные MOSFET и IGBT транзисторы в стандартных и изолированных корпусах; 3. MOSFET и IGBT силовые модули различной конфигурации; 4. микросхемы управления MOSFET / IGBT; 5. силовые тиристоры и тиристорные модули; 6. высоковольтные защитные диоды; 7. заказное оборудование.

Международная компания C&D Technologies — один из крупнейших мировых производителей, специализирующихся на выпуске систем преобразования и хранения электрической энергии. Номенклатура изделий представлена тремя основными направлениями — системы резервного электропитания, источники питания (преобразователи напряжения, инверторы) и компоненты, входящие в состав источников питания.

В журнале «Электронные компоненты» (№ 6'2004) была опубликована статья под названием «Мерседес силовой электроники», посвященная достижениям фирмы SEMIKRON — одного из мировых лидеров в производстве компонентов силовой электроники. Высокий уровень этой фирмы несомненен и вызывает заслуженное уважение, но и в России сегодня есть фирмы, обладающие высоким научно-техническим потенциалом в этой области и способные составить достойную конкуренцию «Мерседесу».

Компании eupec GmbH и Infineon Technologies AG разработали новую усовершенствованную технологию изготовления силовых диодов, которая улучшает их характеристики при переключении внутри всей области безопасной работы, с названием EmCon-HDR (Emitter Controlled — управляемый по эмиттеру; High Dynamic Robustness — высокая динамическая устойчивость). Новый силовой диод может в 100% случаев заменить диод стандартного типа. Благодаря более широкой области безопасной работы управление переключением диода может осуществляться при очень высоких значениях di/dt и dv/dt, что, в свою очередь, может значительно уменьшить потери при включении IGBT силового транзистора.

Современные требования к снижению размеров и веса импульсных источников питания вынуждают разработчика искать компромисс между его стоимостью и габаритами, добиваться снижения массы и повышения КПД. Очень многое уже сделано для миниатюризации импульсных источниках питания — созданы специализированные микросхемы управления, мощные ключи с низкими потерями и, казалось бы, до мелочей отработана конструкция.

В статье рассматриваются основные причины отказов мощных IGBT силовых модулей, приводятся технологические методы повышения надежности. Подробно описаны способы обеспечения высоких показателей надежности и методики испытаний, используемые SEMIKRON.

Основным направлением совершенствования бытовой техники является переход к электронному управлению, которое позволяет сократить расход электроэнергии, повысить точность управления и улучшить интерфейс пользователя с расширением его возможностей. Компания STMicroelectronics (ST) предлагает использовать в приборах для управления электродвигателями или компрессорами семейство силовых переключателей переменного тока, в котором уже есть микросхемы с возможностью коммутации тока до 6 А (ACST6-7S) и до 8 A (ACST8-8CFP).

С появлением мощных биполярных транзисторов IGBT и мощных полевых транзисторов (MOSFET) в области силовых преобразователей, таких, как электропривод переменной частоты и источники бесперебойного питания для компьютеров, произошла революция. Требования компактности, легкости и высокой производительности силовых преобразователей способствовали быстрому развитию этих коммутационных приборов. Однако биполярные модули IGBT и полевые транзисторы не могли полностью удовлетворить требования силовых преобразователей. Например, мощные биполярные транзисторные модули IGBT могли выдерживать высокие напряжения и управлять большими токами, но скорость переключения была очень мала. И наоборот, мощные полевые транзисторы, обладающие хорошими частотными свойствами, по электрическим параметрам сильно уступали биполярным транзисторам. Поэтому были разработаны биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT), которые удовлетворяют всем этим требованиям. IGBT — это коммутационные приборы столь же высокочастотные, как и полевые транзисторы, с одной стороны, и такие же мощные (большой ток и напряжение), как биполярные транзисторы, с другой стороны.

В настоящее время Eupec предлагает широкий ассортимент силовых модулей IGBT с различной внутренней конфигурацией, диодные и тиристорные модули. Полная гамма выпускаемой продукции Eupec включает мощные диодные, тиристорные и диодно-тиристорные модули, IGBT модули, драйверы к IGBT модулям, PIM-модули, а также вспомогательные изделия и отладочные платы.

В статье приводятся сравнительные исследования комбинированных полупроводниковых ключей, реализованных на базе IGBT и комбинированного СИТ-МОП полевого транзистора (КСМТ) как полных функциональных аналогов.

Разработка топологии соединений в преобразователях большой мощности является одним из наиболее важных и сложных этапов создания конструкции изделия. Высокие значения скоростей изменения сигнала di/dt, dv/dt, возникающие при переключении силовых модулей, приводят к появлению переходных перенапряжений, шумов и помех. Для борьбы с этим в мощных импульсных преобразователях необходимо обеспечивать минимальное значение распределенных индуктивностей силовых линий связи. Основным способом решения данной проблемы является использование многослойных силовых шин (Laminated Bus Bar). В настоящее время готовые силовые шины для различных мощных применений выпускаются рядом зарубежных фирм. Одним из лидеров в производстве изделий данного класса является французская компания ELDRE, предлагающая широкую гамму шин для различных преобразователей. Именно такие шины используются в готовых конструктивах SEMISTACK, разрабатываемых фирмой SEMIKRON и предназначенных для максимального упрощения разработки и обеспечения надежной работы изделия. В данной статье рассматриваются конструктивные и электрические параметры многослойных шин питания, описываются наиболее удачные варианты конструкции силовых сборок SEMISTACK, производимых фирмой SEMIKRON.

На сегодняшний день основную часть производимых силовых транзисторов составляют устройства со структурой металл-окисел-полупроводник (Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor, MOSFET). Полевые транзисторы MOSFET выпускают многие крупные компании, в том числе и Philips Semiconductors.

Последнее время пристальное внимание разработчиков в области силовой электроники сконцентрировано на стремительном развитии последних технологий биполярных транзисторов с изолированным затвором (IGBT) и, в частности, на возможности их использования как недорогой альтернативы мощным полевым транзисторам. В данной статье приводится сравнение динамических характеристик, потерь на переключение и проводимости мощных МОП полевых транзисторов и биполярных транзисторов с изолированным затвором PT (Punch Through) новой технологии производства IGBT компании Advanced Power Technology — Power MOS 7. Также рассматривается использование этих силовых транзисторов в некоторых типовых наиболее распространенных схемах включения.