"Огляд силових промислових запобіжників компанії Littelfuse"

Стаття написана на основі вебінару, проведеного компанією Semikron Danfoss у жовтні цього року, який був присвячений впровадженню SiC модулів в перетворювачах для електроприводів. В ній наведено три приклади використання модулів на основі карбіду кремнію, де показано переваги застосування цих модулів та в яких випадках їх впровадження доцільно в першу чергу, навіть з врахуванням їхньої вищої вартості.
Матеріал статті структуровано таким чином: в першій частині розглянуто застосування модулів на основі карбіду кремнію у вхідній ланці перетворювачів, а саме в якості активного випрямляча, в другій частині — класичний інверторний привід.
Зауважимо також, що порівняння вартості на рівні окремого модуля (модулів) не має сенсу. Оцінка вартості повинна бути проведена в комплексі. В такому випадку використання в перетворювачах SiC модулів здатне досягти бажаного результату завдяки своїм перевагам в порівнянні з IGBT модулями.

Carsten Schreiter (Карстен Шрайтер); переклад та редагування: Сергій Поліщук "Semikron Danfoss: компактні та ефективні перетворювачі для електроприводів на основі модулів з карбідом кремнію"

Покращення теплових характеристик може бути досягнуто завдяки використанню «хвильової» концепції підключення базової плати силового модуля, навіть якщо всі інші елементи залишаються незмінними.

Штефан Бушхорн (Stefan Buschhorn), Клаус Фогель (Klaus Vogel) "Модернізація силових модулів для підвищення густини потужності та терміну служби"

Система високовольтного підключення BCON+ від TE Connectivity є універсальним, компактним, надійним і безпечним рішенням для з’єднання елементів тягової батареї та точок підключення високої напруги поза батареєю. Вона безпечна для дотиків у несполученому і сполученому стані. Система BCON+ забезпечує міцне з’єднання і надзвичайно низький контактний опір.

"Безпечна система з’єднань для тягових батарей BCON+"

“Огляд силових промислових запобіжників компанії Littelfuse”

Заснована 1927 року в Чикаго як дослідницька лабораторія, компанія Littelfuse сьогодні є світовим лідером з розроблення та виробництва елементів захисту електричних кіл і керування живленням. Бурхливий технологічний розвиток цих сфер у середині XX століття дав змогу Littelfuse регулярно нарощувати інженерні ресурси та розширювати сфери застосування виробів, що випускаються.
За роки існування Littelfuse перетворилася на глобального виробника і постачальника компонентів захисту для промислових, комерційних і побутових застосувань у сфері енергетики та електроніки. Лінійка продукції, що випускається компанією, охоплює запобіжники всіляких типів та їхні тримачі, супресори та діодні збірки, що захищають обладнання від перенапруг, спеціалізовані рішення для грозозахисту, електромеханічні датчики для автомобільної промисловості, захисні пристрої для корабельного та платформного обладнання, компоненти для важких умов експлуатації транспорту та багато іншого.
У статті, що пропонується увазі читачів, наводиться огляд силових промислових запобіжників Littelfuse для різних застосувань [1].

”Огляд силових промислових запобіжників компанії Littelfuse”

У статті розглядаються особливості керування силовими ключами GaN FET, формулюються вимоги до драйверів затворів цих ключів, наведені основні параметри деяких драйверів затвора та практичні приклади їхнього використання.

Євген Силантьєв ”Драйвери затвора силових ключів сімейства CoolGaN GIT HEMT від компанії Infineon Technologies”

В статті розглянуто рішення компанії Semikron Danfoss для зарядних пристроїв для електромобілів.

Переклад та редагування: Володимир Павловський "Semikron Danfoss: зарядні пристрої для електромобілів"

В цій статті мова піде про рішення компанія Semikron Danfoss для сонячної енергетики та систем енергозберігання.

Переклад та редагування: Володимир Павловський "Semikron Danfoss: сонячна енергетика та системи енергозберігання"

У статті розглядаються причини дедалі ширшого застосування GaN­-матеріалів у силовій електроніці та їхні переваги, детально описуються новітні інтегральні рішення, які можуть стати привабливою альтернативою класичним дискретним компонентам. Крім того, даються рекомендації щодо вибору дискретних та інтегральних системних GaN­рішень Infineon, що покращують вибір комутаційної технології для джерел живлення. У статті також обговорюються варіанти GaN­виробів високої, середньої та малої потужності з різними рівнями гнучкості та інтеграції.

Нгі Хоу Тан (Ngee Hou Tan), Томас Бір (Thomas Beer), Переклад та редагування: Віталій Шевченко "Усе, що потрібно, — вибрати інтегральне рішення"

Компанія Semikron Danfoss є світовим технологічним лідером у галузі силової електроніки. Асортимент її продукції містить напівпровідникові прилади, силові модулі, стеки та системи. У світі, який стає все більш електричним, технології Semikron Danfoss є більш актуальними, ніж будь­коли. Завдяки інноваційним рішенням для автотранспортних, промислових і поновлюваних джерел енергії компанія Semikron Danfoss допомагає світу використовувати енергію більш ефективно і раціонально, а отже, значно скоротити загальні викиди CO2, що є одним з найбільших викликів сьогодення.
В цій статті мова піде про рішення компанія Semikron Danfoss з розділу силової електроніки для джерел живлення.

Переклад та редагування: Володимир Павловський “Силова електроніка для джерел живлення”

Джордж Уорд (George Ward); Переклад та редагування: Євген Тетерев, Віталій Шевченко “Карбід­-кремнієві компоненти компанії Microchip для промисловості, авіації та оборонної сфери”

У статті показано стан LDMO-S­технології, яка вже не одне десятиліття є найкращим вибором для радіочастотних підсилювачів потужності. LDMOS­-технологія відповідає вимогам для широкого спектра застосувань класу AB та імпульсних застосувань, таких як базові станції, телерадіомовлення та НВЧ-­техніка. Представлені найсучасніші показники продуктивності LDMOS­-транзисторів, виміряні на тестовому обладнанні під навантаженням, що досягають величин ефективності стоку на рівні 70 % на частоті 2 ГГц при роботі в режимі AB для корпусованих та безкорпусних (on­-wafer) виробів. Ще показано результати для декількох варіантівпідсилювачів класу AB та Доерті, побудованих за цією технологією. Як приклад продемонстровано трисмуговий підсилювач Доерті, який має ефективність 47 % (7.5 dB back­-off) на частоті 1.8 ГГц з піковою потужністю 700 Вт і показниками лінійності, не гіршими ніж ­65 dBc.

С. Й. К. Х. Теувен ( S. J. C. H. Theeuwen), Дж. Х. Куреші (J. H. Qureshi); Переклад та редагування: Роман Горєлков “LDMOS­-технологія для радіочастотних підсилювачів потужності”

Це шоста, остання стаття, що завершує цикл статей [1], в яких розглядалися поточні тенденції та особливості застосування напівпровідникових приладів на основі карбіду кремнію (SiC). У попередніх частинах циклу йшлося про особливості цих напівпровідникових приладів, їхні перспективи та ті переваги, що дає їхнє використання, зокрема, у вузлах сучасного електричного транспортного засобу, а також про суперкаскодні SiC­транзистори, розраховані на високу та надвисоку робочу напругу. Остання стаття циклу надає інформацію про переваги застосування польових SiC­-транзисторів у блоках живлення середньої потужності центрів обробки даних і телекомунікаційного обладнання. Попередні частини циклу в авторському перекладі з низкою пояснювальних доповнень були опубліковані в [2–6]1.

Ануп Бхалла (Anup Bhalla); Переклад та доповнення: Володимир Рентюк "Ви за SiC чи кремній? Частина 6. Використання польових SiC­-транзисторів у блоках живлення центрів обробки даних і телекомунікаційного обладнання"

Тенденції на світовому ринку електроніки показують, що компоненти на основі карбіду кремнію є найбільш актуальним напрямом розвитку сучасних силових напівпровідників. І в цьому випадку компанія Microchip Technology не тільки не поступається провідним світовим виробникам, але й демонструє свої суттєві переваги. Фірмовими рисами її продуктів є їхні відмінні масогабаритні показники, висока навантажувальна здатність, надійність роботи та стійкість до впливів навколишнього середовища. Ці якості дозволяють застосовувати компоненти виробництва компанії Microchip у всіх сегментах сучасного ринку: промисловості, транспорті, енергетиці, а також у таких специфічних галузях, як аерокосмічна та оборонна сфери.

Джордж Уорд (George Ward); Переклад та редагування: Євген Тетерев, Віталій Шевченко "Карбід­-кремнієві компоненти компанії Microchip для промисловості, авіації та оборонної сфери"

IGBT 7­-го покоління на 1200 В є новою «робочою конячкою» у світі силової електроніки. Вони розроблені спеціально для застосування в електроприводах і мають чотири конфігурації виконання.

Райнер Вайс (Rainer Weiss), Штефан Хаузер (Stefan Häuser); Переклад та редагування: Володимир Павловський "IGBT 7­-го покоління — практичний погляд на переваги електроприводів"

Драйвери IGBT SKYPER ізолюють і передають сигнали керування, генеровані мікропроцесором, від схем низької напруги до зони високої напруги силових напівпровідників. Окрім важливої функції передачі сигналу, у цій публікації також буде розглянуто стійкість ізоляції та надійність драйверів SKYPER разом із спеціальними стратегіями захисту для 2­ та 3­рівневих рішень, реалізованих за допомогою найсучасніших ASIC.

Марко Хонсберг (Marco Honsberg), Ніклас Хофстоттер (Niklas Hofstötter); Переклад та редагування: Володимир Павловський "IGBT драйвер із підвищеною стійкістю ізоляції для напруг до 1500 В постійного струму для 2­- та 3-­рівневих промислових застосувань"

GaN-кристали, які використовують в інтелектуальних силових модулях (Intelligent Power Module, IPM) для керування електроприводами з вбудованими лінеаризувальними конденсаторами, дають змогу значно зменшити втрати потужності, порівнюючи з кремнієвими технологіями.

Ерік Персон (Eric Persson); Переклад та редагування: Віталій Шевченко "Перспективи використання GaN­технології для керування електроприводом"

Силовий модуль SEMITRANS 20 відповідає зростаючим вимогам до потужності перетворювачів для відновлюваних джерел енергії та потужних електроприводів, що вимагають більшої густини потужності. Вихідна потужність перетворювачів постійно зростає, а новітні вітрові турбіни тепер здатні виробляти до 15 МВт. Таке збільшення потужності ставить нові виклики перед розробниками, особливо в галузі відновлюваних джерел енергії та електроприводів, тому що воно досягається шляхом підвищення напруги, струму або того та другого одночасно.

Протягом останніх років на світовому ринку напівпровідників (н/п) у малому та середньому діапазоні потужностей спостерігається стійка тенденція щодо заміщення класичних кремнієвих транзисторних модулів карбід­-кремнієвими аналогами (SiC). Це дає змогу створювати більш компактні промислові перетворювачі, інвертори для відновлюваної енергетики, ДБЖ, а також підвищує їхню ефективність. У статті йдеться про переваги, які дають SiC­-модулі для високопотужних тягових перетворювачів.

У статті розглядається розв’язання задачі паралельного ввімкнення силових MOSFET у лінійних схемах з метою збільшення максимально допустимого вихідного струму.

Модуль SKiiP 4 від Semikron Danfoss тепер оснащений новим високопродуктивним охолоджувачем із ребрами спеціальної форми, який оптимізовано для конструкцій без базової плити та для різноманітних конфігурацій площ діода і чипа IGBT, що забезпечують значні переваги у функціонуванні як зі сторони генератора, так і, наприклад, в мережі компактних перетворювачів для вітроенергетики.

Тяговий привід — це вузол, де споживається майже вся енергія електромобіля (EV). Тому привідна система має працювати з найбільшою ефективністю, мати малу вагу і займати мінімально можливий простір — все це необхідно для максимального збільшення пробігу EV. Через використання здвоєних приводів для підвищення тягових характеристик, а також архітектури 800 В для зниження втрат промисловість потребує інверторів, що забезпечують збільшення вихідної потужності завдяки меншим габаритам і значно перевершують за густиною потужності можливості технологій на основі кремнію (Si), таких як IGBT.
Силові карбідокремнієві (SiC) модулі останнього покоління Wolfspeed розроблені для задоволення цих вимог завдяки зниженню втрат, збільшенню густини потужності та зменшенню габаритів. У статті описано еталонну конструкцію здвоєного трифазного інвертора CRD600DA12E­XM3 і показано, як його компоненти, включно із силовим модулем CAB450M12XM3 із драйвером CGD12HBXMP, створюють поряд з іншими ключовими технологіями рішення для тягових приводів електромобілів наступного покоління.

Які функції виконують радіаційностійкі пристрої? Що визначає їхню стійкість до радіації? Як враховувати її під час проєктування? Як працюють ці компоненти? Як їх тестувати та перевіряти на відповідність? Усі ці та інші питання розглядаються в цій публікації.

Користувачі потужних напівпровідників в останні роки почали потерпати від проблем через нестабільне постачання компонентів. Тому пошук альтернативних постачальників завжди є важливим моментом при розробці силових перетворювачів. Компанія Semikron Danfoss, як найбільший незалежний виробник силових модулів, має унікальні можливості для вирішення цієї проблеми. Разом зі своїм давнім партнером компанією ROHM Semiconductor вона додає до своєї лінійки модулів малої потужності новий повністю сумісний модуль 1200 В IGBT. Це допоможе зменшити дефіцит силових модулів і зробити ланцюг постачання таких модулів більш стабільним та надійним.

Кремнієві MOSFET вже багато років використовують у перетворювачах потужності в паралельних конфігураціях, тоді як силові транзистори на основі GaN все ще залишаються новинкою для багатьох інженерів.

Компактні модулі сімейства MiniSKiiP надзвичайно популярні на ринку силової електроніки. Сьогодні понад 20 млн таких силових схем працює в частотних перетворювачах провідних європейських виробників: Miller Electric, Schneider Toshiba Group, SEW Eurodrive, Siemens A&D, Silectron, Danfoss, Vacon. Близько 7 0% цих пристроїв — електропривод, виконавчі механізми промислових роботів, пресів і компресорів потужністю 5–40 кВт. Поява нових напівмостових модулів MiniSKiiP Dual дає змогу розширити діапазон до 100 кВт і більше, тепер вони можуть успішно конкурувати зі стандартними IGBT [1, 2].

У статті описано основні особливості карбідокремнієвих діодів з бар’єром Шотткі (SiC SBD) і їхні відмінності від так званих тільних (технологічних) p-­n­-діодів MOSFET.

У статті розглядаються переваги використання ключів CoolSiC MOSFET порівняно з високошвидкісними IGBT-­ключами сімейства H3 у сервопривідних системах. Зокрема, завдяки зниженню втрат застосування CoolSiC MOSFET відкриває нові можливості щодо вдосконалення систем.

У статті розглядаються вимоги до силових SiC MOSFET для транспорту та промислових застосувань. Описуються тести, які повинні проходити такі ключі.

У статті представлено оновлений модуль Infineon EconoDUAL 3 Black, описано, як забезпечується баланс між впровадженням нових функцій та збереженням перевірених і випробуваних властивостей. Аналізуються параметри нового модуля FF600R12BE7_B11(BE7), в якому використані технології IGBT 1200 В TRENCHSTOP IGBT7, та діодів EC7 з керованим емітером.

Загальновідомо, що вода в рідкій формі може негативно впливати на роботу електричних ланцюгів через наявність електропровідності та корозійної активності. Менш відомі, але не менш важливі ефекти, створювані водою в газоподібному стані. Тут ми більш детально розглянемо питання про те, як вологість і утворення конденсату впливає на роботу силових електронних систем, а також надамо рекомендації, що дають змогу мінімізувати цей вплив. У статті триває обговорення теми, розпочатої в нашому журналі в № 9, 2016 та № 1, 2017 [1].

Світовий розвиток глобальної мережі (Internet+) та зростаючі потреби в обробці та зберіганні великих об’ємів даних (big­-data) призвели до значного зростання потреб у хмарних сховищах. Для задоволення цих потреб створюється велика кількість дата­центрів, що в свою чергу призводить до швидкого збільшення використання джерел безперебійного живлення (ДБЖ). У відповідь на таке збільшення ринкового попиту компанія WeEn Semiconductors пропонує свої дискретні силові напівпровідникові прилади для застосування в ДБЖ — передові силові діоди та тиристори.

Загальновідомо, що вода в рідкій формі може негативно впливати на роботу електричних ланцюгів через наявність електропровідності та корозійної активності. Менш відомі, але не менш важливі ефекти, створювані водою в газоподібному стані. Тут ми більш детально розглянемо питання про те, як вологість і утворення конденсату впливає на роботу силових електронних систем, а також надамо рекомендації, що дають змогу мінімізувати цей вплив. У статті триває обговорення теми, розпочатої в нашому журналі в № 9, 2016 та № 1, 2017 [1].

Розвиток технологій в галузі SiC швидко просувається — завершується розробка кристалів на 6.5 кВ. У цій статті представлено огляд останніх досягнень компанії Mitsubishi Electric у сфері дослідження, розробок і застосування SiC-­модулів. Особлива увага приділяється високовольтним SiC-­модулям.

У міру того, як карбідокремнієві пристрої набувають все більшого поширення в низьковольтних застосуваннях, необхідно чітко розуміти, в яких випадках розумніше використовувати SiC MOSFET замість кремнієвих ключів.

В асортименті продукції компанії SEMIKRON компоненти серії SEMITOP — найкомпактніші. Вони розглядаються як альтернатива дискретним транзисторам, призначеним для перетворювачів потужністю від одиниць до десятків кіловат. При цьому модулі SEMITOP випускаються в ізольованих корпусах і містять практично всі застосовувані в силовій електроніці перетворювальні та випрямні схеми. Статтю присвячено особливостям експлуатації цих унікальних модулів.

У статті описані лінійки дискретних діодів та MOSFET-­транзисторів на основі карбід­-кремнію у двох типах корпусів, показаний модельний ряд, розкрито основні характеристики.

Багато сучасних силових модулів мають у своєму складі давач температури, як правило, чип­резистор, встановлений на ізолюючій DBC­підкладці. Насамперед це необхідно для роботи схеми захисту від перегріву, але є ще одне законне питання: чи можна використовувати вбудований сенсор для визначення «віртуальної» температури кристалів? Існує кілька варіантів вирішення проблеми, що залежать від необхідної точності та мети виміру. У цій статті описані два можливі методи, що відрізняються складністю реалізації.
Пояснення даються на прикладі трифазного дворівневого IGBT­-інвертора, але все сказане можна застосувати і до інших схем та напівпровідникових приладів. Описані методики розрахунку відносяться до вбудованих давачів температури, проте вони придатні при використанні зовнішніх сенсорів (наприклад, встановлених на радіаторі). Передбачається, що розрахунки реалізуються з допомогою цифрового процесора, що є на платі керування.

Підвищення надійності електричних тягових приводів потребує пошуку нових технологій та матеріалів, удосконалення процесів виробництва силових модулів. Помітним кроком на цьому шляху стало впровадження компанією SEMIKRON технологій двостороннього низькотемпературного спікання DSS (double sided sintering) та прямого притискного підключення чипів DPD (direct pressed die), використаних для розробки транспортного модуля eMPack. Це дозволило суттєво знизити ризик розвитку втомних процесів у паяних та зварних з’єднаннях та забезпечити високу стійкість до термоциклювання. Для допомоги розробникам у освоєнні інноваційного технічного рішення SEMIKRON розробив налагоджувальний комплект eMPack Application Kit.

До переваг комутаційних пристроїв на основі широкозонних технологій GaN і SiC відноситься менший опір відкритого каналу і порівняно висока теплопровідність, що дозволяє поліпшити ефективність і працездатність кінцевого пристрою при більш високих температурах. В імпульсних джерелах живлення на основі GaN та SiC підвищується ККД та густина потужності. Однак для реалізації цих переваг недостатньо лише замінити кремнієві пристрої на широкозонні, а інколи вибір кремнієвої технології є оптимальним.

Компанія Mitsubishi Electric випускає сильнострумні SiC­модулі для різних класів напруги, що широко відомі в галузі. В даний час виробляються 1200­- та 1700­-В силові SiC­-модулі другого покоління, характеристики яких стали краще, ніж у виробів першого покоління. Крім того, лінійка нових модулів стала ширшою. У кристали MOSFET силових SiC­-модулів з номінальною напругою 3300­- і 6500­-В вбудовано діоди Шотткі. В даній статті розглядаються результати останніх досліджень цієї передової технології.

Заснована в 1999 році компанія Onsemi (раніше компанія називалася ON Semiconductor) є одним із світових лідерів виробництва високоякісних дискретних компонентів силової електроніки — напівпровідникових діодів та транзисторів різних типів, призначених для роботи у потужній високовольтній апаратурі. Останнім часом у подібних пристроях все більше застосовуються прилади на основі широкозонного напівпровідника карбіду кремнію SiC, що мають переваги в порівнянні з кремнієвими. У статті розглянуто останні досягнення компанії Onsemi у галузі виробництва силових SiC­-діодів Шотткі та МОН­-транзисторів.

Оптрони, так само, як і інші типи ізоляторів, знаходять широке застосування в рішеннях, де потрібна організація розв’язки керуючих сигналів і сигналів з високим рівнем напруги. Оптрони використовуються у високовольтному устаткуванні для забезпечення безпеки оператора. Застосування оптронів або альтернативних ізоляторів для забезпечення безпеки потребує відповідності їх характеристик існуючим стандартам та розуміння цих стандартів розробником.

За своїми характеристиками затвора транзистори SiC MOSFET помітно відрізняються від добре вивчених кремнієвих (Si) ключів. Карбідокремнієвим структурам притаманні деякі специфічні особливості, наприклад дрейф порогової напруги затвора VGS (th) SiC при тривалій експлуатації та деградація окисного шару при використанні негативної напруги вимкнення.
Проведені останніми роками дослідження дозволили досить добре вивчити властиві цим структурам температурні ефекти, зокрема нестабільність зсуву затвора (BTI — bias temperature instability). Визначення напруги керування VGS має проводитися з урахуванням усіх цих факторів. Вибір оптимального резистора RG також вимагає ретельного підходу, оскільки SiC­структури мають великий власний опір RGint.
У багатьох випадках для керування SiC MOSFET використовують стандартні драйвери IGBT зі зміщеним рівнем VG. Прикладом такого рішення може бути адаптерна плата з ядром SKYPER 42 LJ, описана в цій статті.

У статті описано вплив можливих відмов незахищених IGBT на ізоляційний бар’єр драйверів затвора з оптичною ізоляцією компанії Broadcom.

В даний час силові транзисторні модулі на основі карбіду кремнію (SiC) знаходять все ширше застосування там, де потрібний підвищений ККД перетворювача або зниження його масогабаритних показників. Діапазон потужності таких застосувань дуже різноманітний: від побутових кондиціонерів та зарядних пристроїв до промислових та навіть тяглових залізничних приводів.
У статті наводиться актуальна інформація про останні розробки компанії Mitsubishi Electric у галузі SiC для широкого діапазону робочих напруг та потужностей у контексті використання модулів у різних застосуваннях.

Зменшити динамічні втрати в елементах силової електроніки можна за рахунок керування швидкістю наростання напруги. Вона також пов’язана з рівнем електромагнітних завад (ЕМС). Необхідна швидкість наростання напруги, як правило, забезпечується шляхом вибору опору резистора в колі керування заслоном силового ключа. Однак, його не можна змінювати у процесі роботи пристрою. У цій статті розглядається варіант вирішення цієї проблеми за рахунок паралельного ввімкнення ІС драйверів заслону.

Стаття продовжує тему, розпочату в «CHIP NEWS» № 1, 2022 р. Принцип роботи багаторівневої схеми простий: модулі або інверторні комірки з’єднуються послідовно, за рахунок цього напруга живлення пристрою може бути вище за блокуючу здатність окремих силових ключів. Подібне рішення дозволяє формувати багатоступінчасту вихідну напругу перетворювача, знизити рівень її гармонійних спотворень, зменшити габарити або взагалі відмовитися від дорогих та громіздких вихідних фільтрів.

Щоразу, коли якість сигналу та ефективність перетворення є основними вимогами, які пред’являються до силової електронної системи, розробники звертаються до трирівневих схем. Одним із таких прикладів небезпідставно вважають перетворювачі для відновлюваних джерел енергії, де використання найновішого, 7-­го покоління IGBT [1, 2] у 3L­-топології забезпечує кардинальне покращення характеристик.