Разработка интеллектуального igbt-модуля для матричного преобразователя частоты а.Б Дарьенков, и.А. Варыгин, д.А. Корнев, и.Ф. Трапезников

(Нижегородский государственный технический университет

им. Р.Е. Алексеева, г. Нижний Новгород)

Применение управляемых полупроводниковых приборов, а именно GTO (запираемый тиристор), IGBT (биполярный транзистор с изолированным затвором) и IGCT (запираемый тиристор с интегрированным управлением), позволило существенно улучшить технические характеристики устройств на их основе. В течение последних лет приборы IGBT и IGCT, заменившие приборы GTO, были усовершенствованы в направлении снижения потерь, расширения области безопасной работы и удобства применения.

В настоящее время рынок предлагает силовые элементы, имеющие высокий уровень интеграции: от стандартных ключей до модулей с максимальным уровнем интеграции, которые включают в свой состав схемы управления, питания, защиты и т.д.

IGBT-модули выпускаются крупными сериями многими известными фирмами и, как правило, имеют стандартные унифицированные конструкции. Проблема выбора силового полупроводникового прибора состоит не только в нахождении компонента с оптимальными для данного применения техническими характеристиками. На практике возникает необходимость в нестандартных силовыхмодулях, оптимизированных под конкретные схемы и режимы работы.

Авторы разрабатывают матричный преобразователь частоты (МПЧ) [1, 2]. Анализ рынка силовых полупроводниковых приборов показал, что на рынке отсутствуют готовые силовые модули, удовлетворяющие требованиям, предъявляемым структурой МПЧ. В связи с этим возникла необходимость разработки и создания силового полупроводникового модуля со структурой, оптимизированной для использования в составе МПЧ.

Интеллектуальный IGBT-модуль разработан на базеIGBT-транзистора типа IRG4PC30F. Данные модули применяются для формирования двунаправленных ключей в структуре МПЧ мощностью 3 кВт.Конструкция модуля содержит защитные диоды, включенные последовательно с IGBT-транзисторами. IGBT-модуль также включает в свой состав встроенные драйверы на базе оптронов HCPL-3180. Питание драйверов осуществляется входящим в состав модуля стабилизированным, гальванически развязанным источником постоянного напряжения 24В. Защитные функции (максимально-токовая и нулевая защита) выполняют разработанные авторами датчики, входящие в состав модуля.

Разработанный модуль способен коммутировать токи до 30А при напряжении до 600В. Управление IGBT-модулями, входящими в состав МПЧ, осуществляется микропроцессорной системой на базе микроконтроллера ARM.

Модуль обладает всем необходимым функционалом, является надёжным, и в то же время достаточно простым и недорогим решением. Проведенные испытания, включающие, в том числе и работу при номинальной нагрузке, показали способность модуля выполнять возложенные на него функции, и возможность его применения в составе экспериментального образца МПЧ.

Список литературы

1. Дарьенков, А.Б. Современные тенденции в построении силовых преобразователей переменного напряжения /А.Б. Дарьенков, О.С. Хватов, Г.М. Мирясов// Труды НГТУ, т.77, Актуальные проблемы электроэнергетики, Н.Новгород, 2009, с.21-25.

2. Корнев, Д.А. Макет матричного преобразователя частоты/ Д.А. Корнев, А.Б. Дарьенков, О.С. Хватов, И.А. Варыгин//Материалы XI Международной молодежной научно-технической конференции/НГТУ. - Н.Новгород, 2012. – с.54-55.

УДК 621.316