Электронные компоненты для силовой электроники от ОАО «НЭВЗ-Союз»
Роман Куландин
Станислав Новотный
В связи с изменением ситуации на рынке, в результате конверсионных процессов на предприятии получили развитие базовые технологии, связанные ранее с производством специальных СВЧ-приборов: это производство вакуумно-плотной алюмооксид-ной керамики и изделий на ее основе; разработка и производство вакуумной коммутационной аппаратуры; производство тугоплавких металлов; разработка и изготовление новых мощных силовых полупроводниковых приборов.
Предпосылки к разработке и освоению на предприятии силовых полупроводниковых приборов таковы:
-
изменение ситуации на рынке силовой электроники в связи с обострением проблемы энергосбережения и увеличением спроса на преобразовательную технику;
изменение ситуации на рынке силовой электроники в связи с обострением проблемы энергосбережения и увеличением спроса на преобразовательную технику; -
переоснащение керамического производства алю-мооксидной керамики на основе высокотехнологичного оборудования, которое позволило освоить и начать поставки высококачественных металло-керамических таблеточных и штыревых корпусов для силовых диодов и тиристоров;
-
наличие на предприятии технологической линии по обработке кремния, которая позволяет с высокой точностью (до единиц нм) выполнять операции по формированию структур кремниевых элементов силовых приборов.
Сотрудничество со специалистами ГУП ВЭИ им. Ленина, г. Москва, наличие в компании опытных разработчиков и технологов, а также современного оборудования, применявшегося ранее в гибридной микроэлектронике, позволило предприятию «НЭВЗ-Союз» выполнить разработки и освоить новый класс силовых полупроводниковых приборов — мощных кремниевых резисторов.
Полупроводниковые кремниевые резисторы предназначены для работы в снабберных RС-цепях преобразователей, силовых установках постоянного и переменного тока, так как выполняют функции защиты и регулирования. Резисторы конструктивно выполнены в таблеточном исполнении, потому что позволяют обеспечить удобный монтаж и использовать единую систему охлаждения с другими силовыми полупроводниковыми приборами — тиристорами и диодами.
Таблица 1. Габаритные размеры
Тип | D1, мм | D2, мм | H, мм | Масса, кг, не более | № рисунка |
РК133M | 45 | 27 | 14,5 | 0,09 | 2а |
РК143 | 58 | 38 | 20,5 | 0,25 | 2б |
РК153 | 73 | 51 | 26 | 0,6 | 2б |
РК173 | 105 | 78 | 26 | 1,6 | 2б |
РК273 | 105 | 78 | 26 | 1,6 | 2б |
По сравнению с другими резисторами, применявшимися ранее для аналогичных целей, таблеточные резисторы имеют ряд преимуществ:
-
Высокая точность поддержания величины сопротивления резистивного слоя в диапазоне температур (10% в интервале 20…125 °С).
-
Низкое значение собственной индуктивности (<5 нГн), что позволяет использовать их в качестве измерительных шунтов при токах до 100 кА со скоростью нарастания >20 кА/мкс.
-
Высокая надежность при эксплуатации приборов обеспечивает ресурс в 2–3 раза выше, чем у сопоставимых по мощности обычных резисторов (ТВО, МОУ, С5-4ОВ).
-
Высокие значения отношения номинальной мощности рассеяния к объему резистора (в 5–6 раз выше, чем в обычных резисторах). Резисторы соответствуют техническим условиям ТУ 6191-014-35568062-2006.
Таблица 2. Основные характеристики резисторов
Основные характеристики | РК133М | РК143 | РК153 | РК173 | РК273 | ||
Диапазон номинальных сопротивлений, Ом, при Т = 25 °С | 0,56÷39 | 0,39÷24 | 0,27÷12 | 0,15÷56 | 0,15÷0,2 | 0,22÷1,6 | 1,8÷3,0 |
Отклонение от номинального сопротивления, %, ≤ | ±5 | ±5 | ±5 | ±5 | ±5 | ±5 | ±5 |
Коэффициент напряжения Ки, %/В, ≤ | 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,1 |
Температурная характеристика сопротивления ТХС, %, ≤: в интервале 20…125 °С, в интервале –60…20 °С |
±10 ±20 |
||||||
Тепловое сопротивление резистивный элемент/корпус, °С/Вт, ≤ |
0,05 | 0,035 | 0,02 | 0,01 | 0,01 | 0,01 | 0,01 |
Номинальная мощность рассеяния Рном, Вт при Ткорп = 85 °С, ≥ |
800 | 1000 | 2000 | 4000 | 7500 | 6000 | 4200 |
Импульсное рабочее напряжение, Uимп , В | 1000, 1500 | 1000, 1500, 2000 | 1000, 1500, 2000 | ||||
Температура резистивного элемента, °С: max допустимая min допустимая |
125 –60 |
180 –60 |
160 –60 |
140 –60 |
|||
Усилие сжатия F, Н ±10% | 6000 | 12 000 | 18 000 | 25 000 | 25 000 |
Указания по применению и эксплуатации
Резисторы предназначены для эксплуатации в атмосфере типа I и II по ГОСТ 15150-69 и атмосферном давлении 650–800 мм рт. ст.
Резисторы должны эксплуатироваться в сжатом состоянии.
Монтаж резистора должен обеспечивать надежный тепловой и электрический контакты с охладителем (теплоотводом) во всем диапазоне температур.
Шероховатость контактной поверхности охладителей — не более 1,6 мкм.
При воздушном охлаждении устройства с резисторами устанавливаются таким образом, чтобы ребра охладителя располагались параллельно набегающему потоку воздуха.
Для снижения тепловых сопротивлений между охладителем и контактными поверхностями корпуса рекомендуется применять крем нийорганическую пасту КПТ-8 (ГОСТ 19783).
Надежный тепловой и электрический контакт с охладителем обеспечиваются осевым усилием сжатия.
Наряду с освоением новых полупроводниковых резисторов в компании разработана технология и освоен выпуск традиционных силовых тиристоров широкого применения.
Таблица 3. Рекомендуемые типы охладителей
Тип резистора | Тип воздушного охладителя | Тип водяного охладителя |
РК133М | О123-100, О143-150 |
ОМ103 |
РК143 | О143-150 | ОМ104 |
РК153 | О153-150, О243-150 |
ДЖИЦ.432281.011 |
РК173,273 | О173-150 | ДЖИЦ.432281.011-01 |
Области применения низкочастотных тиристоров:
- управление двигателями постоянного тока;
- полностью управляемые выпрямительные мосты;
- регуляторы переменного тока;
- «мягкий» пуск электродвигателей переменного тока;
- электроприводы высоковольтных синхронных двигателей мощностью до 6 МВт.
- Области применения быстродействующих
- мощные электроприводы для промышленности и транспорта;
- индукционный нагрев;
- электросварка;
- источники бесперебойного питания.
тиристоров:
В дальнейшем специалисты компании намерены предложить потребителям, наряду с выпуском широкой номенклатуры традиционных, выпускаемых ранее, полупроводниковых диодов, стабилитронов и ограничителей напряжения, современные мощные тиристоры и диоды в таблеточных корпусах на классы напряжений от 24 и выше.
Мы прекрасно понимаем, что задача очень сложна. На рынке России в последнее время конкуренция обострилась. Поставщики предлагают широкий выбор силовых приборов зарубежного производства, в частности китайских, и по низким ценам. Но мы также считаем, что сможем предложить потребителям приборы более высокого качества, с гарантией надежной работы и необходимым сервисом.
Основанием для такой уверенности является накопленный опыт по обеспечению качества военных изделий, а также проведенная в 2007 году сертификация системы обеспечения качества компании на основе стандартов ISO 9001:2000 TUV-Cert.
Таблица 4. Параметры низкочастотных тиристоров
Тип элемента | UDRM URRM (В) | IT(AV), при Tjmax (А) | ITSM 10 мс (кA) | UT(TO) (В) | rT при Tjmax (мОм) | tq (мс) | Tjmax (°C) | Rht(j-c) (°C/Вт) |
Т133-400 | 600–2000 | 410 | 5,7 | 0,92 | 0,88 | 100 | 125 | 0,08 |
Т133-500 | 400–600 | 500 | 7,2 | 0,84 | 0,5 | 100 | 125 | 0,08 |
Т133-630 | 800–2000 | 650 | 9,0 | 0,91 | 0,58 | 100 | 125 | 0,05 |
Т133-800 | 400–600 | 960 | 12,5 | 0,85 | 0,25 | 100 | 125 | 0,04 |
Т243-630 | 2200–2400 | 790 | 10,1 | 1,04 | 0,61 | 200 | 125 | 0,031 |
Т143-800 | 1600–2000 | 990 | 17,8 | 0,98 | 0,32 | 150 | 125 | 0,031 |
Т143-1000 | 600 | 1350 | 24,4 | 0,8 | 0,14 | 150 | 125 | 0,031 |
Т243-800 | 2200–2400 | 1470 | 20,0 | 0,95 | 0,283 | 300 | 125 | 0,021 |
Т253-1250 | 1000–2000 | 1745 | 33,5 | 0,93 | 0,17 | 200 | 125 | 0,021 |
Т153-2000 | 400 | 2310 | 42,5 | 0,83 | 0,077 | 200 | 125 | 0,021 |
Таблица 5. Параметры быстродействующих тиристоров
Тип элемента | UDRM URRM (В) | IT(AV), при Tjmax (А) | ITSM 10 мс (кA) | UT(TO) (В) | rT при Tjmax (мОм) | tq (мс) | tq min/max (мс) | Tjmax (°C) | Rht(j-c) (°C/Вт) |
ТБ333-250 | 400–1200 | 390 | 5,85 | 1,05 | 0,88 | 10/30 | 125 | 0,08 | |
ТБ333-320 | 1200 | 370 | 5,26 | 1,17 | 0,92 | 20/30 | 125 | 0,08 | |
ТБ333-400 | 400–1200 | 515 | 7,95 | 1,44 | 0,57 | 10/30 | 125 | 0,05 | |
ТБ333-500 | 400–800 | 620 | 11,0 | 1,44 | 0,57 | 10/30 | 125 | 0,05 | |
ТБ343-630 | 400–800 | 940 | 20,0 | 1,09 | 0,32 | 10/20 | 125 | 0,031 |