Покретачка снага за развој нових производа и технологија у пољу енергетске електронике долази од све веће потражње тржишта [ГГ] # 39; за већом густином снаге, већом интеграцијом система, робусношћу и већом поузданошћу. Истовремено, тржиште захтева производе са ниским трошковима, стандардизоване интерфејсе, флексибилну скалабилност и модуларност. У последњих неколико година фокус поља енергетске електронике углавном се фокусирао на истраживање, развој и надоградњу нових интегрисаних кола велике снаге позиционираних на одређеним циљним тржиштима. То није само довело до производње стандардних ИГБТ модула, већ и неких посебних врста модула оптимизованих да задовоље специфичне потребе купаца. Модули серије са малим губицима оптимизовани су за смањење пада напона у стању приправности. Међутим, због веома високог прекидачког губитка, смислено је користити ову врсту модула у апликацијама са нижим преклопним фреквенцијама. У складу с тим, индустрија је такође развила ултра брзе модуле који се користе у пољу високих комутационих фреквенција. Због мале репне струје, ови ИГБТ модули су идеални за резонантне комутационе претвараче. Поред тога, нова генерација интегрисаних модула има већу густину снаге и ефикасност без промене запремине модула. Нови ИГБТ ровови и ИГБТ меки пробој су фокус будућих истраживања и развоја у овом правцу, чиме се додатно повећава распон доступних опција модула. Тренутна густина модула састављеног од најновије генерације ИГБТ ровова и диода слободног хода са аксијалним носачем носача достиже 200А / цм2 (слика 1). Тако велика густина струје чини постојећу величину пакета ефикаснијом, то јест, површина чипа потребна за постојећи тренутни ниво ће се постепено смањивати. На пример, 1999. године, највећи напонски мост СЕМИКРОН [ГГ] # 39; називна струја од 1200 В полу-моста била је 400А, али данас исти пакет може пружити струју од 600А. Због сталног побољшања густине напајања, произвођачи и корисници модула напајања често се суочавају са новим изазовима.
Слика 1 Развој густине струје
Извесно време, обим претварача снаге више не зависи од величине полупроводничких модула снаге, већ од пасивних компоненти као што су кондензатори, пригушнице и филтери. Ова појава се посебно односи на погоне мале снаге, што се може видети из извештаја о истраживању (1) ЕЦПЕ (Европски центар за енергетску електронику). За модерне дискове снаге испод 2,2кВ, пакет полупроводничких модула снаге чини само 6% целокупне запремине уређаја, што је приближно еквивалент запремини коју заузима кабловски терминал. Банка кондензатора једносмерне струје чини око 12% запремине, што је два од уређаја за напајање. Компонента која заузима највећи простор је управљачка плоча (приближно 23% запремине), јер садржи не само погонски и управљачки круг, већ и јединицу за напајање и ЕМИ филтере (слика 2). Такав тренд се такође шири на системе за претварање велике снаге. Енергетски електронски уређаји постају све мањи и мањи, али обим пасивних компоненти, каблова и стезаљки главног круга у основи није промењен.
Слика 2 Поређење различитих компонената / волумена на модерном погону од 2,2 кВ
У данашње време величина уређаја за напајање више не зависи од површине коју заузимају полупроводнички чипови, већ од стезаљки главног круга. Стога је нереално да људи очекују да ће смањити количину електронских модула снаге како би смањили трошкове и постигли исти степен као и смањење величине чипа. Штавише, у присуству вибрација, велики пресеци каблова и сабирнице једносмерне струје изазваће релативно велики напон на модулу, а ови фактори могу чак негативно утицати на поузданост компонената за повезивање. Због тога компоненте за смањење напона и додатне компоненте механичког ојачања за везе једносмерног тока такође играју важну улогу у дизајну претварача снаге. Све већа густина снаге у полупроводничким модулима узрокује све више проблема са расипањем топлоте код корисника. Када снага остане иста, запремина модула постаје све мања и вредност губитака снаге модула запремине јединице јединице постепено се повећава, што поставља веће захтеве за радијатор. У систему присилног ваздушног хлађења, због поузданости, обично је мало вероватно да користи максималну снагу модула, јер не препоручујемо корисницима да повећају температуру радијатора. Због тога је, како би се радијатор најбоље искористио, потребно распршити извор топлоте како би се избегле жаришта. Покретањем СЕМиКс® модула, СЕМИКРОН је предложио ново мерило које користи један полу-мост модул уместо интегрисаног пакетног модула од шест цеви у компонентама напајања. Када се користи присилно ваздушно хлађење, модули се могу инсталирати у интервалима. Због одговарајућег ефекта топлотне проводљивости, температура подлоге модула је много нижа, што може повећати излазну снагу. Слика 3 приказује позитиван ефекат преноса топлоте. У овом примеру, ако су модули инсталирани на хладњаку у интервалима, максимална температура хладњака смањује се са 96 ° Ц на 91 ° Ц. Наравно, полумостовни модул такође може бити замењен интегрисаним модулом са шест цеви. У овом случају, ако се користи водено хлађење, може се постићи компактно решење са већом густином снаге.
Неко време су неки људи усредсредили своја истраживања на развој нових технологија монтаже и повезивања како би се прилагодили употреби нових чипова са повећањем густине струје. До сада ниједна појединачна технологија није била у потпуности успешна због ограничења поузданости и флексибилности. Поред тога, развој нових технологија повезивања такође је подстакнут већом интеграцијом (погонски кругови и пасивне компоненте) и технологијом двостраног одвођења топлоте за модуларне чипове. Захваљујући употреби вишеслојних плочица, метализованих уређаја, пакета за лемљење, па чак и закривљених плочица (2), постигнут је велики напредак у технологији повезивања. Употреба ових високо интегрисаних технологија у комерцијалним електроенергетским модулима је само питање времена. Развој платформе производа Поред горе поменутих техничких изазова, платформе производа у пољу енергетске електронике такође играју све значајнију улогу. Такозвани развој платформе производа овде се односи на развој основних модула, који су платформе за развој или дизајнирање различитих серија производа. На пример, када видимо исти мотор и компоненте шасије на различитим моделима аутомобила истог произвођача, може се рећи да је аутомобилска индустрија претеча овог [ГГ] производа; платформа производа [ГГ] куот; концепт. Наши купци такође примењују исту стратегију током развоја и производње претварача, али проблем је што њихове развојне активности нису добиле довољну подршку произвођача полупроводника. У полупроводничким модулима који се тренутно продају на тржишту, има превише недоследности у различитим моделима и технологијама повезивања. Резултат је то што је купцима тешко произвести различите серије претварача са доследним перформансама заснованим на стандардним компонентама и модулима. Захваљујући лансирању платформе производа СЕМиКс®, СЕМИКРОН је посвећен пружању решења за модуле у опсегу 15-150кВ. Слика 4 илуструје концепт платформе производа СЕМиКс®. На основу основног модула могу се произвести различите верзије модула за различите опсеге снаге, топологије, нивое интеграције и различите облике паковања, како би се благовремено задовољиле потребе одређених корисника.
За различите нивое струје и тополошке структуре, сам основни модул има четири различите врсте паковања модула. Међутим, ова четири пакета заснована су на истој платформи унутрашњих компонената, што значи да је интерфејс између једносмерне везе и погонског кола конзистентан у целом опсегу снаге. Лансирање СЕМиКс-а омогућава нам да се опскрбимо овим стандардним модулом производа пре-производње, тако да прилагођени производи могу брзо да се произведу и испоруче. За дизајнере претварача то значи да је мерење снаге и функција компоненти модула једноставније, а такође може смањити сложеност процеса развоја и потребно време. На основу тога, како би се упознала прилагођена топологија купца [ГГ] # 39 и остварило континуирано проширивање серије производа купаца [ГГ] # 39; Даља потражња на тржишту је оптимизовано повезивање периферних уређаја модула напајања. Садржи кратке и прилагодљиве стезаљке главног круга и везу интегрисаног кола погона. По први пут је СЕМиКс платформа инсталирала погонски круг директно на модул напајања, што је учинило путању везе врло кратком. Закључак Захваљујући врхунској технологији чипова, тренутна густина модерних енергетских полупроводника повећана је за око 50% у поређењу са моћним полупроводницима у последњих неколико година. Овај развој директно поставља захтеве за интеграцију компонената и технологију повезивања у полупроводничким модулима снаге, као и захтеве за одвођењем топлоте уређаја. За системе присилног ваздушног хлађења превазиђени су различити ограничавајући фактори који не доприносе смањењу трошкова. Узимајући у обзир техничке показатеље као што су оптимални губици проводљивости према напред и велика фреквенција пребацивања, многе постојеће технологије чипова имају предности које одговарају одређеним применама. Покретањем нове серије модула СЕМИКС [ГГ] # 39, СЕМИКРОН може да пружи широк спектар модуларних производа који могу да реализују решења специфична за купца. Серија производа СЕМИКС биће континуирано додавана и проширивана у наредних неколико година.