3. Силовые полупроводниковые модули.

Большинство производителей силовых полупроводниковых элементов выпускает серии силовых интегральных схем простого типа содержащие один или несколько силовых МОП или IGBT ключей.

Силовые МОП и IGBT-модули разделяются на простые и интеллектуальные.

Интеллектуальные силовые модули (IPM -Intelligent Power Modules) кроме силовой части содержат также датчики, схемы драйверов, защит, диагностики, служебных источников питания и т.п. В настоящее время IPM в основном представляют собой преобразователь частоты электроприводов переменного тока, исключая контроллер управления. В последующих поколениях планируется сам контроллер включить в состав модуля.

3.1. Простые силовые модули

Простые модули выпускаются в одно-, двух-, четырех- и шести ключевом исполнении с или без обратных быстро восстанавливающихся диодов (FRD).

МОП или IGBT модули по внутренней электрической схеме могут представлять собой:

- одноключевой прерыватель(chopper);

- двух-ключевой полумост;

- четырех и шести ключевые одно- и трех-фазные мосты.

Единичный транзисторный ключ (singl), образующий схему прерывателя (chopper), в котором транзистор соединен последовательно с диодом показан на рис.16. ( инвертор нижней стороны силовой части схемы (рис.16а) и инвертор верхней стороны силовой части схемы(рис.16б)) ;

Рис.16

Двух-транзисторный ключ с последовательным соединением транзисторов образующий полумост (half-bridge) показан на рис.13. В структуру модуля включены обратные быстро-восстанавливающиеся диоды.

Четырех- (4-parck) и шести- (6-pack) транзисторные модули образуют соответственно схемы однофазного (рис.18) и трехфазного (рис.19) моста. Во всех случаях параллельно каждому транзистору встраивается обратный диод.

Сегодня IGBT- модули, предлагаемые на рынке основными поставщиками, перекрывают диапазоны максимально-допустимых токов от 50 до 1000А и напряжений от 250В до 1700В. Модули на токи до 600А реализуются с включенным в структуру модуля драйвером. Для модулей свыше 600А драйвер поставляется отдельно.

Наряду с транзисторными модулями производители предлагают аналогичные комплекты диодных , тиристорных и тирсторно-диодных модулей в одно-, двух- четырех- и шести-ключевых комплектах В ряде случаев тиристорные модули имеют встроенное МОП – управление или оптическую развязку.

3.2 Интеллектуальные силовые интегральные схемы

Низкий уровень потерь и малая мощность управления МОП-транзисторов создали условия для создания силовых интегральных схем, в которых на одном кристалле изготавливаются силовые ключи и схемы их запуска, управления, защиты, регулирования и диагностики. Такие устройства получили название интеллектуальных (Smart, Intelligent) схем – Интеллектуальные силовые интегральные схемы (ИСИС).

Цепи управления – драйверы, в силу малых токов управления IGBT, компактны и часто включены в структуру модуля.

Интеллектуальныt транзисторные модули кроме функций драйвера могут выполнять задачи:

- защиты от токов короткого замыкания,

- системы диагностирования, обеспечивающей защиту от исчезновения управляющего сигнала, одновременной проводимости в противоположных плечах силовой схемы, исчезновения напряжения источника питания и других аварийных явлений.

В интеллектуальных схемах в ряде случаев встраивается система управления с широтно-импульсной модуляцией и даже однокристальные компьютеры (микроконтроллеры)

В некоторых модулях имеется также схема активного фильтра для коррекции коэффициента мощности и уменьшения высших гармоник в питающей сети.

Однокристальные ИСИС выпускаются главным образом на низкие напряжения (несколько десятков вольт). Гибридные схемы изготавливаются практически на все необходимые уровни напряжения.