บ้าน
>
ผลิตภัณฑ์
>
โมดูล IGBT พลังงานสูง
>
|
| สถานที่กำเนิด | ญี่ปุ่น |
| ชื่อแบรนด์ | SANREX |
| ได้รับการรับรอง | CE RoHS |
| หมายเลขรุ่น | FRD100CA120 |
Sanrex FRD100CA120 เป็นโมดูลกำลังไดโอดแบบกู้คืนเร็ว 1200V / 100A — หนึ่งในผลิตภัณฑ์โมดูลไดโอดกระแสสูงที่ได้รับการยอมรับของ Sanrex สำหรับอิเล็กทรอนิกส์กำลังอุตสาหกรรมในวงจรแปลงกำลัง ไดโอดทุกตัวไม่เหมือนกัน ไดโอดเรียงกระแสมาตรฐาน (ออกแบบมาสำหรับการเรียงกระแสไฟเมน 50/60Hz) จะเก็บประจุไว้ในรอยต่อเมื่อมีการไบแอสไปข้างหน้า และปล่อยประจุออกมาเป็นกระแสย้อนกลับเมื่อแรงดันข้ามตัวมันกลับทิศทาง — ปรากฏการณ์ที่เรียกว่าการกู้คืนย้อนกลับ (reverse recovery)
สำหรับการเรียงกระแสแบบช้าที่ความถี่เมน กระแสการกู้คืนย้อนกลับนี้จะสั้นเมื่อเทียบกับช่วงเวลาของรอบ และมีผลกระทบในทางปฏิบัติเพียงเล็กน้อย
สำหรับวงจรการสวิตช์ความถี่สูง ซึ่งแรงดันที่ใช้กลับทิศทางในหน่วยไมโครวินาที พัลส์กระแสย้อนกลับของไดโอดที่กู้คืนช้าอาจมีขนาดเท่ากับกระแสไปข้างหน้า และกินเวลานานพอที่จะทำให้เกิดการลัดวงจรของรางจ่ายไฟผ่านสวิตช์ ทำให้เกิดกระแสกระชากที่ทำลายล้างและกระจายกำลังงานอย่างมีนัยสำคัญ
ไดโอดแบบกู้คืนเร็วถูกสร้างขึ้นด้วยโครงสร้างสารกึ่งตัวนำที่แตกต่างกัน — โปรไฟล์การเจือสารที่รอยต่อที่ปรับให้เหมาะสม ความกว้างฐานที่แคบ และอายุการใช้งานที่ควบคุมได้ — เพื่อลดประจุที่เก็บไว้และเร่งกระบวนการกู้คืนย้อนกลับ
ผลลัพธ์คือไดโอดที่หยุดนำกระแสในทิศทางย้อนกลับในเสี้ยวไมโครวินาที แทนที่จะเป็นหลายไมโครวินาที
แรงดันบล็อก 1200V ของ FRD100CA120 ครอบคลุมแรงดันบัส DC link มาตรฐานของไดรฟ์ที่ใช้ไฟ 3 เฟส 400VAC (พร้อมบัสที่เรียงกระแสประมาณ 560VDC บวกกับส่วนเผื่อการลดพิกัด) และพิกัดกระแส 100A ทำให้เหมาะสำหรับงาน freewheeling และ rectifier ในไดรฟ์ความถี่แปรผันกำลังปานกลาง
Sanrex (บริษัทในเครือ Shindengen) ได้ผลิตโมดูลสารกึ่งตัวนำกำลังสำหรับระบบอัตโนมัติในอุตสาหกรรมมาตั้งแต่ทศวรรษที่ 1970 และโมดูลไดโอดซีรีส์ FRD ของพวกเขาได้รับการยอมรับในชุมชนการบำรุงรักษาไดรฟ์เซอร์โวและอินเวอร์เตอร์ว่าเป็นส่วนประกอบที่เชื่อถือได้พร้อมคุณสมบัติทางไฟฟ้าที่คาดการณ์ได้
FRD100CA120 พอดีกับรูปแบบแพ็คเกจมาตรฐานสากลที่ใช้โดย Semikron, Infineon, Powerex และผู้ผลิตโมดูลรายใหญ่อื่นๆ — ข้อได้เปรียบในทางปฏิบัติสำหรับการบำรุงรักษาระบบเมื่อโมดูลประเภทเดิมไม่พร้อมใช้งาน
ข้อมูลจำเพาะหลัก
| ค่า | Vrrm (แรงดันย้อนกลับสูงสุดซ้ำ) |
|---|---|
| 1200V | Ifa (กระแสไปข้างหน้าเฉลี่ย) |
| 100A ที่ Tc = 78°C | Vfm (แรงดันไปข้างหน้าสูงสุด) |
| 1.80V | Ifsm (กระแสสูงสุดไม่ซ้ำ) |
| 2000A | I²t (ค่าฟิวส์) |
| 16,600 A²s | Tc ที่ Ifa พิกัด |
| 78°C | แรงดันฉนวน |
| 2500V | ซับสเตรต |
| DCB (Direct Copper Bonded) | ความกว้างฐาน |
| 34 มม. | ทำไมต้อง 1200V และ 100A — ทำความเข้าใจขอบเขตการใช้งาน |
ในระบบ 3 เฟส 400VAC แรงดันบัส DC ที่เรียงกระแสจะอยู่ที่ประมาณ 565VDC ด้วยการลดพิกัดความปลอดภัยมาตรฐาน (พิกัดแรงดันของอุปกรณ์ควรมีค่าอย่างน้อย 1.5–2 เท่าของแรงดันบล็อกที่ใช้ในการทำงานปกติ โดยมีส่วนเผื่อเพิ่มเติมสำหรับแรงดันชั่วขณะ) 1200V เป็นระดับแรงดันที่เหมาะสมสำหรับระบบ 400–480VAC
อุปกรณ์ 600V จะมีส่วนเผื่อไม่เพียงพอสำหรับแรงดันชั่วขณะที่เกิดจากการสวิตช์โหลด ความผิดพลาดลงกราวด์ของมอเตอร์ และการรบกวนของสายไฟ อุปกรณ์ 1700V ให้ส่วนเผื่อมากขึ้น แต่มีราคาสูงกว่าและโดยทั่วไปมีแรงดันไปข้างหน้าสูงกว่าเล็กน้อย
พิกัด 100A Ifa — ระบุที่อุณหภูมิเคส Tc = 78°C — กำหนดกระแสไปข้างหน้าต่อเนื่องที่โมดูลสามารถจัดการได้โดยไม่เกินขีดจำกัดอุณหภูมิรอยต่อ ความสภาวะอุณหภูมิเคสมีความสำคัญ: ความสามารถในการรับกระแสของโมดูลไดโอดขึ้นอยู่กับว่าการระบายความร้อนเป็นอย่างไร
ที่ Tc = 78°C (อุณหภูมิเคสที่ต้องการการจัดการความร้อนที่เพียงพอ — ฮีทซิงค์ วัสดุเชื่อมต่อความร้อน และการระบายความร้อนด้วยอากาศหรือของเหลวที่เพียงพอ) ไดโอดจะนำกระแส 100A อย่างต่อเนื่อง
หากอุณหภูมิเคสสูงกว่า 78°C เนื่องจากระบบระบายความร้อนไม่เพียงพอ พิกัดกระแสจะต้องถูกลดพิกัดตามเส้นโค้งการลดพิกัดของโมดูล
Ifsm ที่ 2000A กำหนดความสามารถของโมดูลในการทนต่อกระแสความผิดพลาดระยะสั้น — ตัวอย่างเช่น การคายประจุของแบงค์ตัวเก็บประจุ DC link ขนาดใหญ่ผ่านสวิตช์ที่ชำรุดในอินเวอร์เตอร์ไดรฟ์ I²t ที่ 16,600A²s คือขีดจำกัดการดูดซับพลังงานที่ไดโอดสามารถทนได้โดยไม่ถูกทำลาย — ใช้ในการเลือกฟิวส์ที่เหมาะสมสำหรับการป้องกันกระแสเกิน
เทคโนโลยี DCB — อะไรทำให้โมดูลมีความน่าเชื่อถือ
ความต้านทานความร้อนใดๆ ในเส้นทางนี้จะเพิ่มอุณหภูมิรอยต่อสำหรับค่าการกระจายกำลังงานที่กำหนด
ซับสเตรต DCB เชื่อมชั้นทองแดงโดยตรงกับฉนวนเซรามิก (โดยทั่วไปคืออลูมินา Al₂O₃ หรืออะลูมิเนียมไนไตรด์ AlN) โดยใช้กระบวนการแพร่กระจายที่อุณหภูมิสูง สร้างพันธะทางโลหะ — ไม่ใช่การบัดกรี ไม่ใช่กาว — ระหว่างทองแดงและเซรามิก
พันธะโดยตรงนี้มีความต้านทานความร้อนต่ำกว่าและทนทานต่อความล้าจากการหมุนเวียนความร้อนได้ดีกว่าซับสเตรตเซรามิกที่บัดกรีหรือยึดด้วยอีพ็อกซี่แบบเก่า
เมื่อโมดูลร้อนขึ้นและเย็นลงผ่านรอบการทำงานหลายครั้งตลอดหลายปีของการใช้งาน ซับสเตรต DCB จะรักษาการเชื่อมต่อความร้อนไว้ ในขณะที่โครงสร้างที่บัดกรีอาจเกิดช่องว่างและการแยกชั้นที่เพิ่มความต้านทานความร้อนและในที่สุดก็นำไปสู่ความล้มเหลวก่อนเวลาอันควร
ซับสเตรต DCB ยังให้ฉนวน 2500V ระหว่างอุปกรณ์สารกึ่งตัวนำ (ซึ่งทำงานที่ศักย์ DC bus) และแผ่นฐาน (ซึ่งติดตั้งกับฮีทซิงค์ โดยทั่วไปอยู่ที่ศักย์กราวด์ในระบบ)
ฉนวนนี้ช่วยให้สามารถติดตั้งโมดูลได้โดยตรงบนฮีทซิงค์โลหะโดยไม่ต้องใช้แผ่นฉนวนเพิ่มเติมในการติดตั้งส่วนใหญ่
การใช้งานไดโอดแบบกู้คืนเร็วในระบบขับเคลื่อนมอเตอร์
ไดโอด freewheeling ในสะพานอินเวอร์เตอร์:
ในอินเวอร์เตอร์ PWM แบบสามเฟส สวิตช์ IGBT แต่ละตัวจะจับคู่กับไดโอด freewheeling (แบบขนานย้อนกลับ) เมื่อ IGBT ปิดระหว่างการทำงาน PWM กระแสเหนี่ยวนำของมอเตอร์จะไหลผ่านไดโอด freewheeling ต่อไปจนกว่าจะถึงเหตุการณ์สวิตช์ครั้งถัดไปไดโอดเหล่านี้ต้องกู้คืนอย่างรวดเร็วจากสถานะการนำกระแสไปข้างหน้าเมื่อ IGBT เปิดอีกครั้ง — หากการกู้คืนช้า กระแสย้อนกลับจะไหลผ่าน IGBT ในช่วงเวลาการกู้คืน เพิ่มการสูญเสียการสวิตช์และความเครียดบน IGBT
ดังนั้น การกู้คืนอย่างรวดเร็วจึงเป็นข้อกำหนดพื้นฐานสำหรับไดโอด freewheeling ของอินเวอร์เตอร์
Freewheeling ในขั้นตอน Boost ในวงจร PFC:
วงจรแก้ไขตัวประกอบกำลังแบบแอคทีฟใช้วงจรคอนเวอร์เตอร์แบบ Boost ซึ่งไดโอดความเร็วสูงในขั้นตอนเอาต์พุต Boost จะบล็อกแรงดันที่เรียงกระแสและนำกระแสเหนี่ยวนำ ไดโอดจะสวิตช์ที่ความถี่สวิตชิ่งของคอนเวอร์เตอร์แบบ Boost — โดยทั่วไปคือ 20–100kHz — ซึ่งต้องการการกู้คืนที่รวดเร็วเพื่อลดการสูญเสียและ EMI ที่นำมาใช้Freewheeling ในเบรกช็อปเปอร์:
ในระบบไดรฟ์ที่มีเบรกช็อปเปอร์ (สวิตช์ที่กระจายพลังงานเบรกในตัวต้านทานเมื่อแรงดัน DC link เพิ่มขึ้น) ไดโอด freewheeling จะเชื่อมต่อข้ามสวิตช์ช็อปเปอร์เพื่อให้กระแสเหนี่ยวนำของตัวต้านทานเบรกไหลเวียนกลับในช่วงที่ช็อปเปอร์ปิดคำถามที่พบบ่อย
ความแตกต่างหลักอยู่ที่เวลาการกู้คืนย้อนกลับ (trr) — คือเวลาตั้งแต่กระแสของไดโอดกลับทิศทางจนถึงเวลาที่ไดโอดบล็อกสมบูรณ์ ไดโอดแบบกู้คืนเร็วโดยทั่วไปมีค่า trr อยู่ในช่วง 100–500 นาโนวินาที ในขณะที่ไดโอดแบบกู้คืนเร็วพิเศษมีค่า trr ต่ำกว่า 100ns
trr ที่แน่นอนของ FRD100CA120 ระบุไว้ในเอกสารข้อมูลของ Sanrex — การระบุซีรีส์ FRD หมายถึงการกู้คืนอย่างรวดเร็ว สำหรับความถี่สวิตชิ่งสูงถึงประมาณ 20kHz (ซึ่งเป็นเรื่องปกติใน PWM ของไดรฟ์อุตสาหกรรม) ไดโอดแบบกู้คืนเร็วโดยทั่วไปก็เพียงพอแล้ว
สำหรับความถี่ที่สูงขึ้น (สูงกว่า 50kHz) ในคอนเวอร์เตอร์ประสิทธิภาพสูง อาจเลือกใช้ไดโอดแบบกู้คืนเร็วพิเศษหรือ SiC Schottky เพื่อลดการสูญเสียการสวิตช์ให้มากขึ้น
คำถามที่ 2: Ifsm คือ 2000A ไดโอดนี้สามารถทนต่อการลัดวงจร DC link ได้โดยไม่มีการป้องกันหรือไม่
ไม่ Ifsm (กระแสกระชากไปข้างหน้าสูงสุดไม่ซ้ำ) แสดงถึงความสามารถของไดโอดในการทนต่อพัลส์กระแสสั้นๆ เพียงครั้งเดียว — โดยทั่วไปจะกำหนดสำหรับพัลส์คลื่นไซน์ครึ่งรอบที่มีระยะเวลาเฉพาะ (โดยปกติคือ 8.3ms หรือ 10ms ตามมาตรฐาน IEC)
การลัดวงจร DC link ในระบบไดรฟ์สามารถให้กระแสความผิดพลาดที่ต่อเนื่องซึ่งเกิน 2000A ไปมาก และค่า I²t (16,600A²s) กำหนดขีดจำกัดพลังงานที่ไดโอดดูดซับก่อนที่จะถูกทำลาย
ระบบป้องกันสารกึ่งตัวนำ — ฟิวส์ต้นน้ำ การตรวจจับการลดทอนเกตไดรเวอร์ IGBT หรือตัวจำกัดกระแส — ต้องเคลียร์ความผิดพลาดก่อนที่พลังงานที่ไหลผ่านไดโอดจะเกินพิกัด I²t
การเลือกฟิวส์สำหรับการป้องกันไดโอดใช้ค่า I²t ในการเลือกฟิวส์ที่มีค่า I²t let-through ต่ำกว่าพิกัดของไดโอด
คำถามที่ 3: FRD100CA120 เป็นรุ่นที่เทียบเท่าโดยตรงกับโมดูลที่คล้ายกันจากผู้ผลิตรายอื่น เช่น Semikron, Infineon หรือ Powerex หรือไม่
พิกัดทางไฟฟ้าของ FRD100CA120 (1200V, 100A, แรงดันไปข้างหน้า 1.80V) และรูปแบบแพ็คเกจมาตรฐานที่มีความกว้างฐาน 34 มม. เข้ากันได้กับแพ็คเกจมาตรฐานสากลที่ใช้โดยโมดูลจาก Semikron (เช่น SKE100/16), Infineon (DD100N12K) และ Powerex ในระดับพิกัดเดียวกัน
มิติการติดตั้งทางกลและตำแหน่งขั้วภายในแพ็คเกจมาตรฐานนี้โดยทั่วไปจะสอดคล้องกันในบรรดาผู้ผลิต ทำให้สามารถเปลี่ยนทดแทนกันได้ง่าย
อย่างไรก็ตาม พารามิเตอร์ทางไฟฟ้า — โดยเฉพาะเวลาการกู้คืนย้อนกลับ (trr) ประจุการกู้คืน (Qrr) และความต้านทานความร้อนจากรอยต่อถึงเคส (Rth(j-c)) — ควรได้รับการเปรียบเทียบระหว่างข้อกำหนดเดิมและโมดูลทดแทนเพื่อยืนยันความเข้ากันได้ในวงจรแอปพลิเคชันเฉพาะ
โมดูลของผู้ผลิตที่แตกต่างกันในระดับพิกัดเดียวกันอาจมีลักษณะไดนามิกที่แตกต่างกัน
คำถามที่ 4: ควรติดตั้งโมดูล FRD100CA120 อย่างไรเพื่อให้ได้ความสามารถในการรับกระแสตามพิกัด
พิกัด 100A ที่ Tc = 78°C กำหนดให้ต้องรักษาอุณหภูมิแผ่นฐานของโมดูลให้อยู่ที่หรือต่ำกว่า 78°C ภายใต้สภาวะการทำงานโหลดเต็ม
การบรรลุเป้าหมายนี้ต้องใช้: วัสดุเชื่อมต่อความร้อน (จาระบีความร้อนหรือแผ่นรองความร้อนที่ตัดไว้ล่วงหน้า) ระหว่างแผ่นฐานของโมดูลและฮีทซิงค์เพื่อลดความต้านทานความร้อนที่หน้าสัมผัส ความต้านทานความร้อนของฮีทซิงค์ที่เพียงพอสำหรับการกระจายกำลังงานทั้งหมด (ที่กระแสไปข้างหน้า 100A ด้วย Vfm = 1.80V การสูญเสียการนำกระแสอยู่ที่ประมาณ 180W) และการไหลเวียนของอากาศที่เพียงพอเหนือครีบฮีทซิงค์
สกรูยึดควรขันให้แน่นตามแรงบิดที่ระบุในเอกสารข้อมูลของ Sanrex เพื่อให้แน่ใจว่าแรงกดสัมผัสความร้อนสม่ำเสมอโดยไม่ทำให้ซับสเตรตเซรามิกของโมดูลเสียหาย
คำถามที่ 5: เอกสารข้อมูลระบุ I²t ที่ 16,600A²s ค่านี้ถูกนำไปใช้อย่างไรในทางปฏิบัติ
I²t (ปริพันธ์ของกระแสยกกำลังสองเทียบกับเวลา) คือพลังงานความร้อนที่รอยต่อซิลิคอนของไดโอดดูดซับระหว่างเหตุการณ์กระแสเกิน ฟิวส์มีพิกัด I²t let-through สูงสุด — คือพลังงานที่ฟิวส์ส่งผ่านในช่วงเวลาการเคลียร์
เพื่อให้ไดโอดทนต่อความผิดพลาดที่เคลียร์โดยฟิวส์ต้นน้ำ ค่า I²t let-through ของฟิวส์ต้องน้อยกว่าพิกัด I²t ของไดโอดที่ 16,600A²s
ตารางการเลือกฟิวส์ในแคตตาล็อกผู้ผลิตจะแสดงค่า I²t let-through สำหรับพิกัดฟิวส์และระดับกระแสความผิดพลาดที่แตกต่างกัน ทำให้วิศวกรป้องกันสามารถตรวจสอบได้ว่าฟิวส์ที่เลือกนั้นป้องกันไดโอดได้
ฟิวส์ที่มี I²t มากกว่า 16,600A²s จะยอมให้พลังงานผ่านไดโอดมากเกินไปในช่วงการเคลียร์จนทำให้ไดโอดเสียหายก่อนที่วงจรจะเปิด
ติดต่อเราได้ตลอดเวลา
