Силовые модули POWERSEM — большая мощность в малом объеме

Компания POWERSEM GmbH появилась в Швабахе (Германия) в 1985 году. Основное направление деятельности — создание, развитие и автоматизированное изготовление многокристальных полупроводниковых модулей. Сегодня фирма является одним из лидеров в производстве недорогих продуктов массового применения: однофазных, трехфазных, полумостовых и мостовых стандартных и быстрых, неуправляемых и управляемых силовых модулей, включая твердотельные реле.

В состав продукции компании входит законченная линейка элементов, позволяющих построить любое устройство преобразования энергии — от вторичного источника питания до преобразователей частоты, используемых в электроприводах переменного тока.

Для этих целей предлагается широкая номенклатура однофазных и трехфазных выпрямительных мостов, MOSFET и IGBT силовых модулей и т. п. По техническим характеристикам приборы соответствуют современным требованиям, предъявляемым к преобразовательным устройствам (сертификаты UL и DIN EN ISO 9001:2000). Силовые модули, выпускаемые компанией POWERSEM, рассчитаны для диапазона напряжений 200-1800 В и токов 10-408 А.

Конструктивно модули изготавливаются в стандартных корпусах с винтовыми зажимами типа ТО-240 и в корпусах ECO-PAC™, специально разработанных компанией по индивидуальным заказам потребителей.

Рассмотрим более подробно основные особенности продукции POWERSEM.

Данный класс диодных и тиристорных сборок (рис. 1, 2) позволяет по-новому подойти к созданию современных электроприводов малой мощности как переменного, так и постоянного тока. В качестве примера подобных приводов можно привести устройства управления асинхронными электродвигателями, используемые в металлообрабатывающих станках. При этом в преобразователях, построенных на компонентах POWERSEM, отсутствует проводной монтаж — силовые модули непосредственно впаиваются в печатную плату, на которой находятся силовые цепи и схема управления. Это, в свою очередь, упрощает монтаж, конструкцию, сокращает количество деталей, а главное — уменьшает массу и габариты выпускаемых электроприводов.

Рис. 1. Диодные сборки

Рис. 2. Тиристорные сборки

Эта элементная база (рис. 3) может быть использована для регулирования температуры или мощности нагрузки (например, в нагревательных печах), в устройствах плавного пуска асинхронных электродвигателей, для непосредственного подключения нагрузки к сети переменного тока и т. п.

Рис. 3. Тиристорно-тиристорные и тиристорно-диодные сборки

Большой интерес в линейке продукции POWERSEM представляют полностью управляемые полупроводниковые приборы, а именно полевые транзисторы (MOSFET) и биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT). Компания выпускает модули MOSFET и IGBT во всех основных конфигурациях (рис. 4).

Известно, что для разработки достаточно сложного электроэнергетического устройства, особенно устройства управления электроприводом, требуются значительные материальные и временные затраты на поиск комплектующих, отладку и освоение продукции. Используя элементную базу из перечня продукции POWERSEM, можно в значительной степени облегчить процесс конструирования и производства частотно-регулируемых электроприводов для управления трехфазным асинхронным двигателем переменного тока в диапазоне мощностей от 0,25 до 11 кВт.

ECO-PAC™ — серия корпусов для силовых модулей, специально разработанная POWERSEM на основе индивидуальных заказов потребителей

Дополняя и расширяя свой ассортимент, POWERSEM представляет IGBT и MOFSET силовые модули в уникальных модульных корпусах ECO-PAC™1 и ECO-PAC™2, имеющих малую высоту (9 мм) и компактную конструкцию. При использовании низкопрофильных силовых ключей в корпусе ECO-PAC™1 и ECO-PAC™2 могут быть значительно сокращены габариты всего изделия.

Небольшие стандартные силовые модули могут использоваться в качестве одиночных силовых ключей в серийно выпускаемом оборудовании и/или параллельно заменять силовые модули в корпусе SOT-227, TO-247 и ТО-240. Токи от 6 до 230 А и напряжение до 1800 В для них являются стандартными. Более 80 различных схемных конфигураций в ECO-PAC™1 либо в ECO-PAC™2 обеспечивают разработчикам широкий простор для творчества (рис. 5).

Рис. 5. Один из вариантов компоновки силовых модулей ЕСО-РАС™1 и ЕСО-РДС™2

В силовых модулях ECO-PAC™ каждый медный вывод с золотым покрытием непосредственно припаян к монтажной печатной плате. Поскольку расположение выводов оптимизируется в процессе производства, токопроводящие соединения, идущие от керамического основания к монтажной печатной плате, могут иметь предельно малую длину, обеспечивая, таким образом, минимальное значение распределенной индуктивности. С другой стороны, свободный выбор конфигурации расположения вывода обеспечивает оптимальное и эффективное использование площади основания модуля.

В ряде случаев использование малогабаритных силовых модулей ECO-PAC™1 и ECO-PAC™2 (рис. 6) в силовом блоке становится единственным решением проблемы веса и габаритов конструкции изделия.

Два изолирующих компаунда — эластичный, покрывающий кристалл слоем толщиной 3 мм и обеспечивающий снижение термомеханических нагрузок, и жесткий эпоксидный, защищающий модуль от внешних воздействий (например, влаги), — являются неотъемлемыми частями высококачественных корпусов ECO-PAC™1 и ECO-PAC™2.

Все модули в корпусах ECO-PAC™1 и ECO-PAC™2 имеют силовые выводы с температурными компенсаторами в виде изогнутых расширений для компенсации термомеханических нагрузок.

Традиционно силовые модули ECO-PAC™1 и ECO-PAC™2 применяются в инверторах напряжения, вторичных источниках питания (UPS), установках индуктивного нагрева, насосах и вентиляторах, бытовых приборах, кондиционерах воздуха, системах управления скоростью вращения электроприводов постоянного и переменного тока (преобразователях частоты), электросварочном оборудовании, системах корректировки коэффициента мощности, системах управления серводвигателями и робототехники, нормализаторах и стабилизаторах напряжения.

Заключение

Чем же привлекательна продукция POWERSEM для разработчика? Прежде всего, это широкий спектр силовых модулей в стандартных конфигурациях при конкурентоспособной цене. Сегодня номенклатура изделий POWERSEM насчитывает более 3000 наименований.

Использование в разработках силовых модулей POWERSEM, изготовленных на основе проверенной, надежной и уже ставшей стандартом технологии DCB (прямое диффузионное соединение керамической основы с медными шинами), обеспечивает изделию хорошие тепловые характеристики, высокую надежность и способность выдерживать циклическую температурную нагрузку в течение всего срока эксплуатации.

Применение компонентов POWERSEM, имеющих оптимальное соотношение цена-качество, повышает конкурентоспособность законченного изделия.