Trang chủ
>
các sản phẩm
>
Mô-đun IGBT công suất cao
>
|
| Nguồn gốc | NHẬT BẢN |
| Hàng hiệu | SANREX |
| Chứng nhận | CE RoHS |
| Số mô hình | FRD100CA120 |
Mô-đun Nguồn Diode Phục Hồi Nhanh Sanrex FRD100CA120 là một mô-đun diode nguồn phục hồi nhanh 1200V / 100A — một trong những sản phẩm diode dòng cao đã được khẳng định của Sanrex dành cho điện tử công suất công nghiệp.Trong các mạch chuyển đổi năng lượng, không phải tất cả các diode đều giống nhau. Các diode chỉnh lưu tiêu chuẩn (được thiết kế cho chỉnh lưu lưới điện 50/60Hz) tích trữ điện tích trong mối nối của chúng khi phân cực thuận và giải phóng nó dưới dạng dòng ngược khi điện áp qua chúng đảo chiều — một hiện tượng gọi là phục hồi ngược. Đối với chỉnh lưu chậm ở tần số lưới điện, dòng phục hồi ngược này chỉ tồn tại trong thời gian ngắn so với chu kỳ và ít có hậu quả thực tế.
Đối với các mạch chuyển mạch tần số cao, nơi điện áp đặt vào đảo chiều trong vài micro giây, xung dòng ngược của diode phục hồi chậm có thể lớn bằng dòng thuận và kéo dài đủ lâu để gây ngắn mạch đường dây cấp nguồn qua công tắc, tạo ra các đỉnh dòng phá hủy và tiêu tán năng lượng đáng kể.
Các diode phục hồi nhanh được chế tạo với các cấu trúc bán dẫn khác nhau — cấu hình pha tạp mối nối được tối ưu hóa, độ rộng vùng cơ sở hẹp và thời gian sống được kiểm soát — để giảm điện tích tích trữ và tăng tốc quá trình phục hồi ngược.
Kết quả là một diode ngừng dẫn theo hướng ngược lại trong một phần của micro giây thay vì nhiều micro giây.
Điện áp chặn 1200V của FRD100CA120 bao phủ điện áp bus liên kết DC tiêu chuẩn của các ổ đĩa cấp nguồn 3 pha 400VAC (với bus được chỉnh lưu khoảng 560VDC cộng với biên độ suy giảm), và định mức dòng 100A đặt nó vào phạm vi ứng dụng chỉnh lưu và tự do của ổ đĩa tần số biến đổi công suất trung bình.
Sanrex (một công ty Shindengen) đã sản xuất các mô-đun bán dẫn công suất cho tự động hóa công nghiệp từ những năm 1970, và các mô-đun diode dòng FRD của họ được cộng đồng bảo trì ổ đĩa servo và biến tần công nhận là các thành phần đáng tin cậy với các đặc tính điện có thể dự đoán được.
FRD100CA120 phù hợp với các kích thước gói tiêu chuẩn quốc tế được sử dụng bởi Semikron, Infineon, Powerex và các nhà sản xuất mô-đun lớn khác — một lợi thế thực tế cho việc bảo trì hệ thống khi loại mô-đun gốc không có sẵn.
Thông số kỹ thuật chính
Thông số
| Vrrm (Điện áp ngược đỉnh lặp lại) | 1200V |
|---|---|
| Ifa (Dòng thuận trung bình) | 100A tại Tc = 78°C |
| Vfm (Điện áp thuận tối đa) | 1.80V |
| Ifsm (Dòng đỉnh không lặp lại) | 2000A |
| I²t (Giá trị cầu chì) | 16.600 A²s |
| Tc tại Ifa định mức | 78°C |
| Điện áp cách ly | 2500V |
| Lớp nền | DCB (Liên kết Đồng Trực Tiếp) |
| Chiều rộng đế | 34mm |
| Tại sao 1200V và 100A — Hiểu về giới hạn ứng dụng | Định mức Vrrm 1200V xác định điện áp tối đa mà diode chặn khi phân cực ngược mà không bị đánh thủng thác. |
Thiết bị 600V sẽ không đủ biên độ cho các quá áp quá độ do chuyển mạch tải, lỗi nối đất động cơ và nhiễu đường dây. Thiết bị 1700V cung cấp nhiều biên độ hơn nhưng với chi phí cao hơn và thường có điện áp thuận cao hơn một chút.
Định mức Ifa 100A — được chỉ định ở nhiệt độ vỏ Tc = 78°C — xác định dòng thuận liên tục mà mô-đun xử lý mà không vượt quá giới hạn nhiệt độ mối nối. Điều kiện nhiệt độ vỏ là rất quan trọng: khả năng chịu dòng của mô-đun diode phụ thuộc hoàn toàn vào việc tản nhiệt của nó tốt như thế nào.
Tại Tc = 78°C (nhiệt độ vỏ yêu cầu quản lý nhiệt đầy đủ — tản nhiệt, vật liệu giao diện nhiệt và làm mát bằng không khí hoặc chất lỏng đầy đủ), diode dẫn 100A liên tục.
Nếu nhiệt độ vỏ tăng trên 78°C do làm mát không đầy đủ, dòng định mức phải được suy giảm theo đường cong suy giảm của mô-đun.
Ifsm 2000A xác định khả năng của mô-đun sống sót qua dòng lỗi trong thời gian ngắn — ví dụ, sự phóng điện của một bộ tụ điện liên kết DC lớn qua một công tắc bị lỗi trong biến tần ổ đĩa. Giá trị I²t là 16.600A²s là giới hạn hấp thụ năng lượng mà diode có thể chịu được mà không bị phá hủy — được sử dụng để chọn cầu chì phù hợp cho bảo vệ quá dòng.
Công nghệ DCB — Điều gì làm cho mô-đun đáng tin cậy
Lớp nền DCB (Liên kết Đồng Trực Tiếp) là nền tảng cho độ tin cậy của mô-đun. Trong mô-đun bán dẫn công suất, chip silicon tạo ra nhiệt trong quá trình dẫn điện, và nhiệt này phải truyền qua lớp nền đến tấm đế và sau đó đến tản nhiệt.
Lớp nền DCB liên kết trực tiếp các lớp đồng với một chất cách điện gốm (thường là alumina Al₂O₃ hoặc nhôm nitride AlN) bằng một quy trình khuếch tán nhiệt độ cao, tạo ra một liên kết luyện kim — không phải hàn, không phải keo dán — giữa đồng và gốm.
Liên kết trực tiếp này có điện trở nhiệt thấp hơn và khả năng chống mỏi do chu kỳ nhiệt tốt hơn so với các lớp nền gốm hàn hoặc liên kết epoxy cũ.
Khi mô-đun nóng lên và nguội đi qua nhiều chu kỳ hoạt động trong nhiều năm sử dụng, lớp nền DCB duy trì kết nối nhiệt của nó trong khi các cấu trúc hàn thiếc có thể phát triển các lỗ rỗng và tách lớp làm tăng điện trở nhiệt và cuối cùng gây ra lỗi sớm.
Lớp nền DCB cũng cung cấp khả năng cách ly 2500V giữa các thiết bị bán dẫn (hoạt động ở điện thế bus DC) và tấm đế (được gắn vào tản nhiệt, thường ở điện thế đất trong hệ thống).
Khả năng cách ly này cho phép mô-đun được gắn trực tiếp vào tản nhiệt kim loại mà không cần thêm miếng đệm cách ly trong hầu hết các trường hợp lắp đặt.
Ứng dụng Diode Phục Hồi Nhanh trong Hệ thống Truyền Động Động Cơ
Các ứng dụng điển hình của FRD100CA120 trong điện tử công suất của biến tần tần số biến đổi và ổ đĩa servo bao gồm một số vị trí mạch riêng biệt:
Trong biến tần PWM ba pha, mỗi công tắc IGBT được ghép nối với một diode tự do (chống song song). Khi IGBT tắt trong quá trình hoạt động PWM, dòng điện cảm ứng của động cơ tiếp tục chạy qua diode tự do cho đến sự kiện chuyển mạch tiếp theo.
Các diode này phải phục hồi nhanh chóng khỏi trạng thái dẫn thuận của chúng khi IGBT bật trở lại — nếu quá trình phục hồi của chúng chậm, dòng ngược sẽ chạy qua IGBT trong thời gian phục hồi, làm tăng tổn thất chuyển mạch và ứng suất lên IGBT. Do đó, phục hồi nhanh là yêu cầu cơ bản đối với diode tự do của biến tần.
Tự do giai đoạn tăng cường trong mạch PFC:
Các mạch hiệu chỉnh hệ số công suất chủ động sử dụng cấu trúc bộ chuyển đổi tăng cường, trong đó một diode nhanh ở giai đoạn đầu ra tăng cường chặn điện áp được chỉnh lưu và dẫn dòng điện cuộn cảm. Diode chuyển mạch ở tần số chuyển mạch của bộ chuyển đổi tăng cường — thường là 20–100kHz — yêu cầu phục hồi nhanh để giảm thiểu tổn thất và EMI dẫn.
Tự do bộ cắt phanh: Trong các hệ thống truyền động có bộ cắt phanh (một công tắc tiêu tán năng lượng phanh trong điện trở khi điện áp liên kết DC tăng lên), một diode tự do được kết nối song song với công tắc cắt để cho phép dòng điện cuộn cảm của điện trở phanh tuần hoàn trong thời gian tắt của bộ cắt.
Câu hỏi thường gặpQ1: Sự khác biệt giữa diode phục hồi nhanh và diode siêu nhanh là gì, và FRD100CA120 thuộc loại nào?
trr chính xác của FRD100CA120 được chỉ định trong datasheet của Sanrex — ký hiệu dòng FRD cho biết phục hồi nhanh. Đối với tần số chuyển mạch lên đến khoảng 20kHz (phổ biến trong PWM ổ đĩa công nghiệp), diode phục hồi nhanh thường là đủ.
Đối với tần số cao hơn (trên 50kHz) trong các bộ chuyển đổi hiệu suất cao, có thể ưu tiên diode siêu nhanh hoặc diode Schottky SiC để giảm thêm tổn thất chuyển mạch.
Q2: Ifsm là 2000A. Diode này có thể chịu được ngắn mạch liên kết DC mà không cần bảo vệ không?
Không. Ifsm (Dòng xung thuận đỉnh không lặp lại) đại diện cho khả năng của diode sống sót qua một xung dòng ngắn, thoáng qua — thường được xác định cho xung nửa chu kỳ sóng sin có thời lượng cụ thể (thường là 8,3ms hoặc 10ms theo tiêu chuẩn IEC).
Ngắn mạch liên kết DC trong hệ thống truyền động có thể cung cấp dòng lỗi liên tục vượt xa 2000A, và giá trị I²t (16.600A²s) xác định giới hạn năng lượng mà diode hấp thụ trước khi bị phá hủy.
Hệ thống bảo vệ bán dẫn — cầu chì phía trên, phát hiện giảm độ bão hòa của trình điều khiển cổng IGBT hoặc cuộn cảm giới hạn dòng — phải loại bỏ lỗi trước khi năng lượng qua diode vượt quá định mức I²t của nó.
Việc lựa chọn cầu chì để bảo vệ diode sử dụng giá trị I²t để chọn cầu chì có giá trị I²t cho phép thấp hơn định mức của diode.
Q3: FRD100CA120 có tương đương trực tiếp với các mô-đun tương tự từ các nhà sản xuất khác như Semikron, Infineon hay Powerex không?
Định mức điện của FRD100CA120 (1200V, 100A, điện áp thuận 1.80V) và kích thước gói tiêu chuẩn với chiều rộng đế 34mm tương thích với gói tiêu chuẩn quốc tế được sử dụng bởi các mô-đun từ Semikron (ví dụ: SKE100/16), Infineon (DD100N12K) và Powerex trong cùng lớp định mức.
Kích thước lắp đặt cơ khí và vị trí đầu cuối trong gói tiêu chuẩn này thường nhất quán giữa các nhà sản xuất, tạo điều kiện thay thế chéo.
Tuy nhiên, các thông số điện — đặc biệt là thời gian phục hồi ngược (trr), điện tích phục hồi (Qrr) và điện trở nhiệt mối nối-vỏ (Rth(j-c)) — nên được so sánh giữa thông số kỹ thuật ban đầu và mô-đun thay thế để xác nhận khả năng tương thích trong mạch ứng dụng cụ thể.
Các mô-đun của các nhà sản xuất khác nhau trong cùng lớp định mức có thể có các đặc tính động khác nhau.
Q4: Mô-đun FRD100CA120 nên được lắp đặt như thế nào để đạt được khả năng chịu dòng định mức?
Định mức 100A tại Tc = 78°C yêu cầu nhiệt độ tấm đế của mô-đun được duy trì ở mức hoặc dưới 78°C trong điều kiện hoạt động tải đầy đủ.
Để đạt được điều này, cần có: vật liệu giao diện nhiệt (mỡ nhiệt hoặc miếng đệm nhiệt cắt sẵn) giữa tấm đế mô-đun và tản nhiệt để giảm thiểu điện trở nhiệt tiếp xúc; điện trở tản nhiệt đầy đủ cho tổng công suất tiêu tán (ở dòng thuận 100A với Vfm = 1.80V, tổn thất dẫn điện khoảng 180W); và luồng không khí đủ qua các cánh tản nhiệt.
Các vít lắp phải được siết chặt đến mô-men xoắn được chỉ định trong datasheet của Sanrex để đảm bảo áp lực tiếp xúc nhiệt đồng đều mà không làm hỏng lớp nền gốm của mô-đun.
Q5: Datasheet chỉ định I²t là 16.600A²s. Giá trị này được sử dụng trong thực tế như thế nào?
I²t (tích phân của bình phương dòng điện theo thời gian) là năng lượng nhiệt mà mối nối silicon của diode hấp thụ trong một sự kiện quá dòng. Cầu chì được định mức với I²t cho phép tối đa — năng lượng mà chúng truyền qua trong thời gian ngắt.
Để diode sống sót qua một lỗi được ngắt bởi cầu chì phía trên của nó, giá trị I²t cho phép của cầu chì phải nhỏ hơn định mức I²t là 16.600A²s của diode.
Các bảng lựa chọn cầu chì trong danh mục của nhà sản xuất liệt kê các giá trị I²t cho phép đối với các định mức cầu chì và mức dòng lỗi khác nhau, cho phép kỹ sư bảo vệ xác minh rằng cầu chì được chọn bảo vệ diode.
Một cầu chì có I²t lớn hơn 16.600A²s sẽ cho phép đủ năng lượng qua diode trong quá trình ngắt để phá hủy nó trước khi mạch mở.
LIÊN HỆ VỚI CHÚNG TÔI BẤT CỨ LÚC NÀO
