Электротехника \ Энергетическая электроника

Элементы преобразовательной техники. Перспективы развития полупроводниковых приборов силовой электроники. Выпрямители, страница 2

Конденсатор

Рабочая частота, Гц

Керамический

10∙1010

Пленочный

10∙109

Оксидно-полупроводниковый

10∙103

Электролит тантал

10∙104

Электролит алюминиевый

10∙103

1-  рабочая область

2-  тепловой пробой

3-  повышенная вероятность эл. пробоя

4-  электрический пробой

5-  понижение ёмкости

6-  тепловой пробой

Рисунок 1

Допустимая амплитуда переменного напряжения может быть найдена по формуле:

,

где Рр.доп. – допустимая реактивная мощность

.

-  Температурный коэффициент ёмкости. ТКЕ - параметр зависимости емкости от температуры

Обозначения:

,

где I – одна - две буквы:   К – конденсатор постоянный;

КТ – конденсатор подстроечный;

КП – конденсатор переменный;

КН – конденсатор нелинейный;

КС – конденсаторная сборка;

II – разработка;

III – номинальное напряжение;

IV – номинальная ёмкость;

V – допустимое отклонение ёмкости;

VI – исполнение.

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ СИЛОВОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ

Основные производители силовых полупроводниковых приборов:

-  Япония – 40%

-  США – 36%

-  Зап. Европа – 15%

-  СНГ                – 1%

Основные типы перспективных П/П приборов

1)  Однооперационный тиристор - SCR

Iдm = 3кА,  Uдо = 4кВ

Составляет  3,5…10% общего объема , наблюдается снижение ежегодного выпуска на 3%

2)  Запираемые тиристоры -GTO

Iдm = 3кА,  Uдо = 5кВ,  Iдз = 1кА,  fmax = 1 кГц,  Кз = 3

3)  Силовые  МОП-(полевые ) транзисторы - MOSFET

В настоящее время наиболее распространенные в силовой электронике малой и средней мощности.

Iс = 3700А,  Uси = 50В,  Iс = 480А,  Uсм = 1000В,  f = 1МГц

4)  Биполярные транзисторы с изолированным затвором IGBT

Это новый перспективный класс приборов, объединяющий преимущества двух предыдущих классов :

-  высокое  быстродействие  и малая  мощность управления заимствованная от MOSFEТ транзистора,

-  большая  проводимость  биполярного  транзистора BJT.

   f = 150кГц,  Um = 1700В,  Im = 800А.

5)  Транзисторы и тиристоры со статической индукцией SIT

      f=1МГц    SITr – сит транзистор  1500В,  200А

                       SITh – сит тиристор   4кВ,  400А

6)  Запираемые тиристоры с полевым управлением MOS-GTO, IGST

Перспективный полностью управляемый прибор, сочетающий большую коммутируемую мощность до 1 МВ∙А с малой мощностью управления МОП - приборов.

Основные  направления  усовершенствования силовых приборов:

-  Повышение степени защиты;

-  Увеличение коммутируемой мощности;

-  Повышение частоты переключения .

-   

В комплексе все эти показатели формируют область безопасной работы приборов.

 


1- GTO IGCT

2- Press Pack IGBT

3- IEGT

4- IGBT Module

5- MOSFET

6- SCR

Рисунок 2 – Современные приборы силовой электроники

Основными типами современных приборов силовой электроники, применяемых в настоящее время в преобразовательном оборудовании (см. рис. 1) являются :

– полевые (MOSFET) и биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT) ;

– запираемые тиристоры (GTO – Gate-turn-off) и их модернизированный вариант – коммутируемые по затвору запираемые тиристоры (IGCT-Integrated Gate-Commutated Thyristors). Эти приборы производятся фирмами ABB Semiconductors AG и Mitsubishi в таблеточных корпусах прижимной конструкции (press-pack) и рассчитаны на ток до 4,5 кА и напряжение до 6кВ;

– биполярный транзистор с изолированным затвором и увеличенной инжекцией (IEGT- Injection Enhanced Gate Transistor).Объединяет преимущества IGBT- малую мощность управления и малые коммутационные потери, широкую область безопасной работы с преимуществами GTO- низким прямым падением напряжения.

IEGT- модули прижимной конструкции предназначены для применения в энергетике, сверхмощных промышленных электроприводах, а также для высокоскоростного электрифицированного транспорта. IEGT – модули паяной конструкции рекомендуются для применения в промышленных электроприводах.

Преобразовательное оборудование мощностью от единиц киловатт до единиц мегаватт разрабатывается и производится с использованием силовых модулей на основе IGBT. В настоящие время силовые IGBT- модули выпускаются на ток 10…2400 А и коммутируемое напряжение 0,6;1,2;1,7;2.5 и3,3 кВ.

Имея лучшие характеристики – малые мощность управления и коммутационные потери , высокие скорости коммутации и стойкость к перегрузкам, они вытеснили в этих областях не только силовые биполярные транзисторы, но даже и запираемые тиристоры (GTO).

Силовые модули делят на обычные (стандартные) IGBT- модули и “интеллектуальные”IPM модули. Стандартные модули выпускаются в одно-, двух-, четырёх- и шестиключевом исполнении с обратными быстровосстанавливающимися диодами (FRD) или без них . Интеллектуальные силовые модули(IPM-Intelligent Power Modules) в одном корпусе объединяют силовую часть схемы преобразователя (мостовой одно- или трёхфазный выпрямитель, мостовой инвертор), они содержат датчики, схемы драйверов, защиты, диагностики, источники питания.

По типу конструкции IGBT – модули можно условно разбить на два типа: паяные с изолированным основанием и модули прижимной конструкции (Press-Pack)

Как видно из рис. 2 биполярные транзисторы полностью вытеснены:

-  по мощности приборами GTO – до  кВА;

-  по частоте - MOSFET – до 10 кГц;

-  приборы IGBT и по мощности и по частоте имеют больший диапазон, чем BJT .

Технология изготовления силовых полупроводниковых приборов

Приборы с применением  SIT технологии

SITh – тиристор и его структура

SITr – транзистор, его схема замещения и его структура

 


Биполярный транзистор выполнен по технологии SIТ

Нормально – закрытый прибор

 


. Закрыть транзистор можно, подав на затвор соответствующее отрицательное напряжение – увеличивающийся объем. Заряд перекрывает канал, ток стока уменьшается до нуля.

Винницкое производственное объединение «Октябрь» разрабатывает и выпускает транзисторы со статической индукцией.

     КП 934 А     Uкэ=450В, Iки=22А,  tвыкл=0,2 мкс

     КП 931 А     Uкэ=800В, Iки=7,5А,  tвыкл=0,1 мкс

 Uкэ=100В, Iки=60А

Нормально – открытый прибор


Нормально открытый транзистор с характеристиками, похожими на характеристики биполярного транзистора. Улучшение частотных свойств получено за счет распределения базы, уменьшается накопленный в базе заряд.

Скачать файл