Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

• Введение
• 1. Основные понятия, связанные с технологией Skiip
• 2. Описание электрических характеристик модулей Skiip
• 3. Описание защитных функций Skiip
• 4. Описание применения современных модулей Skiip
• Заключение
• Список использованных источников

Введение

В современных условиях конкуренции организаций по производству высокотехнологичной и качественной продукции применение высокоэффективных технологий, информационных систем (ИС) и глобальной сети Internet очень важно. Благодаря таким разработкам ускоряется деятельность многих предприятий мира и повышается качество их работы. Одной из таких технологий является Skiip.

Технология SKiiP, которая представлена SEMIKRON в 1992 году, представляет собой специальную технологию контактирования под давлением, имеющую преимущества в плотности мощности, долговечности, надежности и стоимости. Наиболее важной особенностью является конструкция без опорной плиты. Подложка DCB с чипами прижимается к радиатору либо пресс-формами в корпусе, либо с помощью структурированных нажимных элементов между чипами [1].

Основное преимущество этой технологии конструирования состоит в том, что между подложкой DCB и базовой пластиной Cu не существует соединения с адгезионной связью, такого как большая площадь пайки. Это позволяет избежать связанных со сроком службы механических напряжений между базовой платой и DCB, поскольку они возникают в обычных модулях с изменениями температуры. Из-за отсутствия опорной плиты, а нижний слой припоя, тепловое сопротивление между чипами и радиатором уменьшается. Таким образом, более высокая плотность мощности может быть достигнута в установившемся режиме работы по сравнению с модулями базовой платы. Устранение термомеханического напряжения между опорной плитой и керамическими подложками позволяет использовать очень большие подложки для модулей без опорной плиты. Это вместо нескольких небольших подложек, припаянных к общему основанию и соединенных дополнительными элементами.

Технология SKiiP используется SEMIKRON в различных группах продуктов и сочетается с различными клеммами питания и управления, подключенными к модулю.

Поэтому для многих современных предприятий Skiip актуальным направлением исследований. Несмотря на то, что технологии постоянно модернизируются, эта тематика остается востребованной на сегодняшний день.

В связи с вышеизложенным, целью данной работы явилось описание технология Skiip.

Исходя из поставленной в данном реферате цели, были поставлены следующие задачи:

- привести основные понятия, связанные с технологией Skiip;

- описать электрические характеристики модулей SKiiP;

- описать защитные функции SKiiP;

- описать применение современных модулей Skiip.

Объектом исследования в данной работе является технология Skiip.

Предметом исследования реферата является процессы, которые происходят при применении технологии Skiip.

Для удобства данный реферат разбит на разделы.

1. Основные понятия, связанные с технологией Skiip

SKiiP - самый мощный IPM на рынке. Силовые полупроводники, используемые в модулях SKiiP 4, могут работать до температуры соединения 175 ° C. Чтобы обеспечить надежное использование этих компонентов при таких температурах, силовая схема не содержит припоя на 100%. Технология спекания используется для создания слоя спеченного серебра вместо слоя припоя, что может ограничить срок службы силовых модулей. Надежность во время активного и пассивного термоциклирования значительно улучшена.

Интегрированный драйвер ворот в SKiiP 4 устанавливает новые стандарты с точки зрения надежности и функциональности. Цифровой драйвер гарантирует безопасную изоляцию между первичной и вторичной сторонами как для сигналов переключения, так и для измерения параметров. Это означает, что пользователю больше не нужно вводить сложные и дорогостоящие компоненты топологии для обеспечения безопасной изоляции [2].

Современный IPM является гибридным модулем, который содержит транзисторы IGBT или MOSFET. Последние, в свою очередь, соединены согласно определенной конфигурации по схеме управления. Основные требования, которые предъявляют в современном мире к законченному силовому модулю - это наличие минимальных габаритов и низкую стоимость материалов, а также оптимальное производство в сочетании с высоким уровнем технических характеристик и практически абсолютной безотказностью. Каждое из указанных требований возможно реализовать в модулях, которые выпускают согласно технологии SKiiP (Semikron integrated intelligent Power). Внешний вид такой силовой установки представлен на рис.1.

Как и любое другое оборудование, данная технология имеет ряд недостатков. Но их можно нивелировать практически все, используя конструкции модуля, который не содержит медное основание с прямым прижимом керамики на охладитель (pressure-contact-tech-nology), как это сделано в модулях SKiiP.

Рисунок 1 - Внешний вид силового модуля SKiiP

skiip модуль технология

Если имеется такая конструкция, градиент температуры на участке «кристалл -- теплоотвод» будет снижаться более чем на 5 -10 % в сравнении с модулем, который имеет медное основание, где осуществляется отличное согласование СТЕ.

На рис.2 показано устройство перспективного модуля SKiiP, которое рассчитано на уровень напряжения 3300 В и силу тока в 1200 А. Модуль обладает теплостокм, керамическим основанием с мощными кристаллами, платой управления и элементами крепления. Правда говоря, необходимо учитывать, что установку керамической0 пластины DBC с силовыми кристаллами в данном случае установлена непосредственно на теплостоке.

В модулях SKiiP теплосток - это составная часть конструкции. Пайку применяют только для того, чтобы установить силовые кристаллы на керамическую плату. В данном соединении усталостные процессы незначительны, поскольку применение современных материалов, используемых для изготовления DBC-керамики, практически полностью согласовано с кремнием по CTE.

Рисунок 2 - Внешний вид конструкции pressure-contrast

На рис.3 показан внешний вид структуры слоев модуля SKiiP3, а на рис.4 - способ соединения силовых кристаллов, которые установлены на DBC-керамике, с печатной платой драйвера. В отличие от тех модулей, которые относятся ко второму поколению, где данное соединение выполнено при помощи промежуточной платы, в новых модулях подключение силовых кристаллов осуществляется к плате драйвера непосредственно через пружинные контакты.

Рисунок 3 - Внешний вид конструкции полумостового элемента Skiip

Результатом резкого улучшения тепловых характеристик явилось значительное повышение уровней предельно допустимых токов.

Рисунок 4 - Внешний вид соединенных плат DBC с платой драйвера

На рис.5 показан внешний вид сравнительных характеристик максимальных токов для модулей 2 и 3 поколения, имеющих с различные допустимые напряжения. Графики показывают почти двойное увеличение значений предельных токов.

Рисунок 5 - Внешний вид гистограммы значений допустимых токов модулей 2 и 3 поколения

Каждый из модулей SKiiP были подвергнуты жестким испытаниям на надежность. В табл. 1 приведен перечень основных видов испытаний модулей, которые проведены на фирме SEMIKRON. Одним из таких видов испытаний - выборка из определенного количества модулей до полного отказа (end-of-life test) в случае подачи многократных импульсов мощности. В данном случае при испытаниях собрана статистика отказов, анализ которых учитывался в случае отработки производств модулей. Именно на основании полученных данных происходит вычисление ожидаемого времени отказа 1% изделий.

Таблица 1 - Перечень видов и условий испытаний модулей SKiiP

Почти каждый из испытуемых модулей выходит из строя после 30 ±2 килоциклов испытаний импульсами мощности, что подтверждает повторяемость технологического процесса и высокую надежность. При обычных таких испытаниях, которые включают 20 килоциклов нагрузок, имеющих максимальную мощность и 500 циклов тепловых ударов -40/+125 °C, не было зафиксировано ни одного отказа испытываемых модулей.

В табл. 2 представлен перечень расшифровок по обозначениям модулей SKiiP модулей 2 и 3 поколения

Таблица 2 - Обозначения модулей SKiiPPACK

2. Описание электрических характеристик модулей SKiiP

В процессе разработки модулей SKiiP особое внимание уделялось [3]:

- минимальной паразитной индуктивности линий связи;

- оптимальной статической и динамической балансировке токов параллельно соединенных транзисторов;

- минимальному уровню электромагнитных помех;

- высокой устойчивости к ESD.

«Мягкая» характеристика восстановления диодов и низкая индуктивность подводящих шин позволяют снизить пики напряжения и потери при выключении. На рис.6 показаны потери полумостового каскада при включении, при выключении и потери, вносимые антипараллельными диодами.

Рисунок 6 - Внешний вид энергии потерь полумостового каскада

Благодаря низким значениям динамических потерь и отличным конструктивным характеристикам, позволившим получить минимальные значения паразитных индуктивностей, модули SKiiP3, рассчитанные на напряжение 1200/1700 В, можно использовать без снабберов.

На рис.4 приведен внешний вид структуры полумостового драйвера SKiiP. Модуль, содержащий 3-фазный мост IGBT, имеет 3 аналогичных драйвера.

Драйверы модулей SKiiP осуществляют такие следующие защитные и сервисные функции как:

- защита от сквозного тока и формирование времени задержки переключения транзисторов полумоста tdt;

- фильтрация коротких импульсов;

- нормирование фронтов входных сигналов;

- ограничение уровня входных сигналов;

- защита от падения напряжения источников питания (UVLO);

- защита от импульсных перенапряжений и инверсии напряжения питания;

- защита от перегрева;

- защита от перегрузки по току и короткого замыкания (КЗ);

- защита от выхода из насыщения каждого силового ключа (SKiiP3);

Рисунок 4 - Внешний вид структурной схемы драйвера SkiiP

3. Описание защитных функций SKiiP

Обеспечение безопасной работы определяет уровень допустимых сочетаний токов и напряжений, при которых не происходит нарушений безопасной работы модуля. Поэтому необходимо, чтобы происходило ограничение схемой защиты режимов не по предельному току и параметрам области безопасной работы. Для интеллектуальных модулей, как правило, задают 2 типа областей безопасной работы [4]:

- ОБР (режим короткого замыкания

- ОБР (импульсный режим).

Процесс защиты от перенапряжений на силовой шине питания имеется в модулях SKiiP 2 как опция (U) в конфигурациях GB, GD, GH и в стандартном исполнении SKiiP3 GD. Измерение силового напряжения производится дифференциальным усилителем с высоким входным импедансом (не менее 5 МОм). Выбор преобразования происходит так, чтобы уровень аналогового напряжения на выходе Analog DC-link voltage-sense составлял 9 Вольт при условиях, если уровень напряжений на шине питания:

- 400 В в модулях, где рабочее напряжение составляет 600 В;

- 900 В в модулях, где рабочее напряжение составляет 1200 В;

- 1200 В в модулях, где рабочее напряжение составляет 1700 В.

Индукционный датчик тока SKiiP (трансформатор тока) устанавливается в линии переменного тока каждого полумоста. Трансформаторы тока изготавливаются по компенсационной схеме (рис.7).

Внешний вид схемы значений напряжений, при которых коммутируется тормозной транзистор, приведен на рис.8.

Рисунок 7 - Внешний вид компенсационного датчика модуля Skiip

Встроенная схема по управлению обладает большим приоритетом с максимальной частотой коммутации 5 кГц. Выполнение описанных выше защитных функций осуществляются драйвером по управлению чоппером, при этом отслеживая напряжение насыщения и температуру тормозного транзистора, а также перенапряжение в цепи напряжения питания 15 В.

Рисунок 8 - Внешний вид структурной схемы драйвера чоплера Skiip 2 GDL

Для обеспечения питанием драйвера работает встроенный конвертор DC-DC, который питается от нестабилизированного напряжения 24 В (от 20 до 30 В) или стабилизированного 15 В. При наличии на входе RESET логической единицы конвертор отключается.

4. Описание применения современных модулей Skiip

На сегодняшний день в разных отраслях промышленной электроники сильно становятся востребованными интеллектуальные силовые модули благодаря их функциональным возможностям и высокому уровню надежности. Они активно применяются в ветровой и солнечной энергетике. После того, как были проведены многолетние исследования и испытания, современные силовые модули от SEMIKRON совмещают в себе надежность и компактность, при этом имеют высокий уровень мощности в сочетании с конкурентоспособной ценой. В состав модулей SKiiP входят силовой каскад, блок управления и защиты, теплоотвод [5].

Модули SKiiP являются самыми мощными IРМ модулями в условиях современного рынка - выпускаются с уровнем напряжения от 1200 до 1700 Вольт. Для каждого из двух классов напряжений являются доступными номинальные токи 1800 А, 2400 А, 3600 А (которые являются одиночным, полумостовым, 3-фазным каскадом соответственно). При одинаковых условиях эксплуатации и габаритах силовые модули SKiiP обеспечивают на 33% большую мощность, чем компоненты предыдущего поколения ЭКИР 3. На рис. 9 указан внешний вид основных отличий по модулям, имеющих разные силовые каскады.

Рисунок 9 - внешний вид основных отличий по модулям, имеющих разные силовые каскады

Заключение

В заключении отметить, что Модули SKiiP, которые содержат трехфазный или четырехфазный мост и каскад с динамическим торможением, не имеют на сегодняшний день мировых аналогов. Модули SKiiP являются самыми мощными IРМ модулями в условиях современного рынка - выпускаются с уровнем напряжения от 1200 до 1700 Вольт.

Также благодаря низким значениям динамических потерь и отличным конструктивным характеристикам, позволившим получить минимальные значения паразитных индуктивностей, модули SKiiP3, рассчитанные на напряжение 1200/1700 В, можно использовать без снабберов.

В данной работе достигнута основная цель - описана технология Skiip.

В данном реферате были решены следующие задачи:

- приведены основные понятия, связанные с технологией Skiip;

- описаны электрические характеристики модулей SKiiP;

- описаны защитные функции SKiiP;

- описано применение современных модулей Skiip.

Также в процессе написания реферата были использованы современные и классические источники литературы и глобальной сети Internet.

Список использованных источников

1. Skiip. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://www.semikron.com/innovation-technology/construction-and-connection-technology/skiip-technology.html, свободный. - Загл. с экрана.

2. Новости электроники + промавтоматика 2012 №01. М.: Компэл. -- 30 с.

3. Skiip. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://www.semikron.com/innovation-technology/construction-and-connection-technology/skiip-technology.html, свободный. - Загл. с экрана.

4. Силовая электроника [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://ptelectronics.ru/wp-content/uploads/pt_electronics_power_2014.pdf свободный. - Загл. с экрана

5. SKiiP®4-ого поколения [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.i-p.com.ua/wp-content/uploads/SKiiP4.pdf свободный. - Загл. с экрана

Размещено на Allbest.ru