Силовые тиристорные, диодные и IGBT-модули компании Zenli Rectifier

Введение

Сегодня многим отечественным компаниям из-за сложности приобретения привычной компонентной базы приходится искать новых партнеров. Чаще всего эти поиски приводят к замене компонентов производства известных западных компаний на китайские аналоги. Уместна ли в данном контексте известная фраза: «За неимением гербовой пишем на простой»? В некоторых случаях да, в некоторых — нет.

Однако думается, для рассматриваемых в статье компонентов эта фраза не соответствует действительности. Тиристоры, диоды и IGBT вышли на «технологическую полку», и уже несколько лет их параметры сколь-либо существенно не улучшаются. Поэтому нет явных компаний-лидеров, чьи изделия выделяются техническими характеристиками. Основные усилия при их изготовлении направлены на улучшение качества компонентов за счет совершенствования технологии производства и тестирования, а в этом китайские компании не уступают западным.

Конечно, продукты компаний Infineon, IXYS (ныне Littelfuse), SEMIKRON являются своего рода иконами стиля, они задают промышленные стандарты — и китайские компании, в частности Zenli Rectifier, следуют данным стандартам и не скрывают этого. В каталоге силовых устройств Zenli Rectifier указаны прямые аналоги тиристорных модулей, соответствующих продукции перечисленных выше компаний, что, впрочем, не означает их вторичность.

Далее мы рассмотрим некоторые силовые модули от китайской компании Zenli Rectifier и надеемся, что читатель убедится в нашей правоте. Компания специализируется на выпуске компонентов силовой электроники. Ее продукция используется в самых разных областях — от оборудования для электросварки до медицинской техники и электромобилей. Zenli Rectifier гарантирует качество и безопасность своей продукции, подтверждением чему служат 19 международных сертификатов.

Тиристорные модули

В специализированных журналах сегодня очень мало пишут о тиристорах, но это не означает, будто область их применения невелика. Им нет равных при коммутации мощных высоковольтных токоприемников с рабочими токами в несколько сотен ампер. Компания Zenli Rectifier производит тиристорные модули, состоящие из двух тиристоров, тиристорно-диодные модули и одиночные тиристоры.

На рис. 1 представлены электрические схемы тиристорных модулей серий MTC, MTA и MTK, а на рис. 2 — электрические схемы тиристорно-диодных модулей MFC (TD) и MFC (DT). Все модули имеют аналоги в продукции компаний Infineon, IXYS, SEMIKRON и выпускаются в модификациях для воздушного или жидкостного охлаждения, максимальная температура p-n-перехода достигает +125 °С. Можно выбрать не только рабочие напряжения и токи модуля, но и решение с быстрым тиристором или с быстрым диодом.

Рис. 1. Электрические схемы тиристорных модулей серий MTC, MTA и MTK

Рис. 2. Электрические схемы тиристорно-диодных модулей MFC (TD) и MFC (DT)

В документации компании приводятся рисунки корпусов и их чертежи с установочными размерами для всех изделий [1]. Приводить их все в рамках журнальной статьи не имеет смысла, но, чтобы читатель получил представление о продукции, на рис. 3 и 4 показаны фотографии корпусов модулей с рабочими токами 25–110, 800, 1000 А.

Рис. 3. Корпус модуля с рабочими токами 23–110 А

Рис. 4. Корпус модуля с рабочими токами 800, 1000 А

Повторяющееся обратное напряжение в зависимости от модификации модулей лежит в пределах 400–2600 В. Тиристоры и диоды изолированы от корпуса, электрическая прочность изоляции составляет 2500 В АС. Отметим еще достаточно высокую максимальную скорость нарастания обратного напряжения, до 1000 В/мкс. Остальные, наиболее важные, на наш взгляд, параметры, приведены в таблице 1. Более подробная информация о каждом модуле доступна на сайте производителя [1].

Примечание. *При жидкостном охлаждении.

Напомним, чем отличаются токи I_TM и I_TCM. При импульсном повторяющемся токе I_TM тиристор сохраняет управляемость. Ударный ток в открытом состоянии I_TCM представляет собой единичный, неповторяющийся импульс тока длительностью 8,3 мс, что соответствует длительности полуволны синусоиды частотой 60 Гц.

Помимо изолированных модулей, компания производит неизолированные тиристорные модули серии MTG, состоящие из трех тиристоров, соединенных по схеме с общим анодом (рис. 5). Эти модули аналогичны модулям компаний Mitsubishi и SanRex. Их повторяющееся обратное напряжение, в зависимости от модификации, находится в пределах 200–600 В. Максимальная скорость нарастания обратного напряжения, так же как и у изолированных модулей, составляет 1000 В/мкс. Другие важные параметры приведены в таблице 2.

Рис. 5. Электрическая схема неизолированных тиристорных модулей серии MTG

Для того чтобы у читателей сложилось полное представление об этой группе продукции, приведем основные параметры одиночных тиристоров. Их повторяющееся обратное напряжение, так же как и у тиристорных модулей, составляет 400–2600 В в зависимости от модификации. Схожи и некоторые другие параметры: электрическая прочность изоляции равна 2500 В АС, а максимальная скорость нарастания обратного напряжения — 1000 В/мкс. Остальные параметры одиночных тиристоров представлены в таблице 3.

Диодные модули

Компания производит модули со сверхбыстрыми диодами и диодами Шоттки, а также модули и одиночные выпрямительные диоды. Электрические схемы модулей сверхбыстрых диодов серии MURP и диодов Шоттки серии MBRP показаны на рис. 6. Диоды Шоттки выпускаются на максимальное обратное напряжение 45 и 100 В, а сверхбыстрые диоды — на 200, 400 и 600 В. Подобное разделение вполне объяснимо, с повышением номинального обратного напряжения увеличиваются сложности производства диодов Шоттки, поэтому на сегодня предельным максимальным обратным напряжением для них является 200 В.

Рис. 6. Электрические схемы модулей сверхбыстрых диодов серии MURP и диодов Шоттки серии MBRP

Диоды Шоттки используются в низковольтных преобразователях с рабочей частотой свыше 100 кГц, а сверхбыстрые диоды предназначены для преобразователей с частотой несколько десятков килогерц и входным напряжением несколько сотен вольт. Оба типа диодов применяются для уменьшения потерь, связанных с восстановлением обратного сопротивления диодов. Их основные параметры приведены в таблице 4.

Все серии быстродействующих диодов MURP имею модификации с максимальным обратным напряжением 200, 400 и 600 В. Прямое падение напряжения на диодах этой серии при максимальном прямом токе варьируется в пределах 0,95–1,35 В. Прямое падение напряжения на диодах Шоттки меньше — в пределах 0,69–0,83 В.

Мы не будем дублировать документацию производителей и загромождать статью техническими сведениями, поэтому не будем приводить данные об одиночных выпрямительных диодах, а ограничимся диодными выпрямительными модулями. Параметры их диодов примерно такие же, как и у диодов, входящих в состав модулей. На рис. 7 приведены электрические схемы выпрямительных диодных модулей с указанием серии модулей. Кроме неуправляемых одно- и трехфазных модулей, в линейке компании есть и управляемые одно- и трехфазные выпрямительные модули (рис. 8).

Рис. 7. Электрические схемы выпрямительных диодных модулей

Рис. 8. Электрическая схема управляемого трехфазного выпрямительного модуля

Все перечисленные выпрямительные модули изолированы, электрическая прочность изоляции составляет 2500 В. В таблице 5 даны основные параметры трехфазных выпрямительных модулей. Параметры остальных выпрямительных модулей имеют примерно такое же значение. Отметим, что в управляемых выпрямительных модулях допустимое обратное напряжение варьируется в пределах 400–2600 В в отличие от одно- и трехфазных модулей, в которых этот параметр находится в диапазоне 600–2000 В.

IGBT-модули

Компания Zenli Rectifier производит IGBT-модули самых разных конфигураций: одиночные транзисторы, полумостовые модули, одно- и трехфазные мостовые модули, чопперы, трехфазные модули со встроенным трехфазным диодным выпрямительным мостом и тормозным транзистором. Все модули выдерживают ток кроткого замыкания в течение 10 мкс — опция, недостижимая для силовых ключей MOSFET. Для полумостовых модулей указаны прямые аналоги компаний Infineon и SEMIKRON. Все электрические схемы модулей представлены на рис. 9. В таблице 6 приведены основные параметры полумостовых модулей.

Рис. 9. Электрические схемы IGBT-модулей производства компании Zenli Rectifier