FRD100CA120 - ماژول / قطعات الکترونیکی / نیمه هادی FRD100CA120 FRD1OOCA12O

سانرکس FRD100CA120٬٬ ماژول برق دیود بازیافت سریع٬٬ 1200 ولت Vrrm٬ 100A Ifa٬ 1.80 ولت سقوط جلو٬ 16600A2s I2t٬ DCB بیس پلیت منزوی٬ 2500 ولت منزوی

مرور کلی

درSanrex FRD100CA120یک ماژول قدرت دیود بازیافت سریع 1200V / 100A یکی از محصولات ماژول دیود جریان بالا Sanrex برای الکترونیک قدرت صنعتی است.

در مدارهای تبدیل قدرت، همه دیودها برابر نیستند. Standard rectifier diodes (designed for 50/60Hz mains rectification) store charge in their junction when forward biased and release it as a reverse current when the voltage across them reverses — a phenomenon called reverse recovery.

برای اصلاح آهسته در فرکانس شبکه، این جریان بازیابی معکوس نسبت به زمان چرخه کوتاه است و پیامدهای عملی کمی دارد.

برای مدارهای سوئیچینگ فرکانس بالا، که ولتاژ اعمال شده در میکروسکندها معکوس می شود،پالس جریان معکوس دیود بازیافت آهسته می تواند به اندازه جریان جلو باشد و به اندازه کافی طول بکشد تا خط تغذیه را از طریق سوئیچ کوتاه کند، باعث ایجاد اوج های تخریبی در حال حاضر و از بین بردن قدرت قابل توجهی می شود.

دیود های بازیابی سریع با ساختارهای نیمه هادی مختلف ساخته شده اندو طول عمر کنترل شده برای کاهش بار ذخیره شده و تسریع روند بازیابی معکوس.

نتیجه یک دیود است که در یک کسر از یک میکرو ثانیه به جای چندین میکرو ثانیه هدایت را در جهت معکوس متوقف می کند.

ولتاژ مسدود کننده 1200V FRD100CA120 ولتاژ متناوب متناوب متناوب متناوب متناوب متناوب متناوب متناوب متناوب متناوب متناوب متناوب متناوب متناوب است.و 100A در حال حاضر رتبه بندی آن را در قلمرو از قدرت متوسط فرکانس متغیر درایو freewheeling و برنامه های اصلاح کننده قرار می دهد.

Sanrex (یک شرکت Shindengen) از دهه ۱۹۷۰ در حال تولید ماژول های نیمه هادی قدرت برای اتوماسیون صنعتی است.و ماژول های دیود سری FRD آن ها در جامعه سرویس محرک و تعمیر و نگهداری اینورتر به عنوان قطعات قابل اعتماد با ویژگی های الکتریکی قابل پیش بینی شناخته شده است..

FRD100CA120 با ردپايه هاي بسته اي استاندارد بين المللي مورد استفاده توسط سيمكرون، اينفينيون، پوورکس،و سایر سازندگان اصلی ماژول ‬ یک مزیت عملی برای نگهداری سیستم زمانی که نوع ماژول اصلی در دسترس نیست.

مشخصات کلیدی

چرا ۱۲۰۰ ولت و ۱۰۰ آمپر؟

درجه بندی 1200V Vrrm حداکثر ولتاژ بلوک دیود را در صورت تعویض برعکس بدون شکستن برف باری تعریف می کند.

در یک سیستم سه فاز 400VAC، ولتاژ اتوبوس DC اصلاح شده تقریباً 565VDC است.5×2 × ولتاژ مسدود کننده اعمال شده در عملکرد عادی، با حاشیه اضافی برای فرایندهای) 1200V کلاس ولتاژ مناسب برای سیستم های 400 ≈ 480VAC است.

یک دستگاه 600 ولت برای ولتاژ بیش از حد موقت ناشی از تغییر بار ، نقص های زمین موتور و اختلال خط ، حاشیه کافی ندارد.یک دستگاه 1700 ولت حاشیه بیشتری را فراهم می کند اما با هزینه بالاتر و به طور معمول ولتاژ جلو کمی بالاتر.

درجه بندی 100A Ifa که در دمای Tc = 78°C مشخص شده است، جریان مستقیم را که ماژول بدون تجاوز از دمای اتصال کنترل می کند، تعریف می کند.درجه حرارت محفظه حساسه: ظرفیت جریان یک ماژول دیود به طور کامل به میزان جدا شدن گرما آن بستگی دارد.

در Tc = 78°C (درجه حرارت مورد نیاز برای مدیریت مناسب حرارتی) ، دیود به طور مداوم 100A را هدایت می کند.

اگر دمای محفظه به دلیل خنک سازی ناکافی بالاتر از 78 °C باشد، جریان نامی باید با توجه به منحنی کاهش ماژول کاهش یابد.

Ifsm 2000A توانایی ماژول را برای زنده ماندن در جریان نقص کوتاه مدت تعریف می کند. به عنوان مثال ، تخلیه یک بانک بزرگ خازن اتصال DC از طریق یک سوئیچ شکست خورده در یک اینورتر درایو.12 تا از 16،600A2s محدوده جذب انرژی است که دیود می تواند بدون تخریب مقاومت کند. برای انتخاب فیوز مناسب برای حفاظت از جریان بیش از حد استفاده می شود.

تکنولوژی DCB چه چیزی ماژول را قابل اعتماد می کند

زیربنای DCB (بسته مستقیم مس) پایه و اساس قابلیت اطمینان ماژول است. در یک ماژول نیمه هادی قدرت، دی سیلیکون در طول هدایت گرما تولید می کند،و این گرما باید از طریق بستر به صفحه پایه و سپس به سینک گرما جریان داشته باشد.

هر گونه مقاومت حرارتی در این مسیر دمای اتصال را برای یک تبعید قدرت داده شده افزایش می دهد.

سبسترات DCB لایه های مس را مستقیماً به یک عایق سرامیکی (معمولاً آلومینیوم Al2O3 یا آلومینیوم نیترید AlN) با استفاده از یک فرآیند پخش در دمای بالا پیوند می دهد.ایجاد یک پیوند متالورژیک، نه چسب بین مس و سرامیک.

این پیوند مستقیم دارای مقاومت حرارتی پایین تر و مقاومت بهتر در برابر خستگی چرخه حرارتی نسبت به زیربناهای سرامیکی قدیمی تر پودر شده یا اپوکسی است.

به عنوان ماژول گرم و خنک از طریق بسیاری از چرخه های عملیاتی در طول سال های خدمات،بستر DCB اتصال حرارتی خود را حفظ می کند در حالی که ساختارهای متصل به جوش می توانند حفره ها و لایه بندی هایی را ایجاد کنند که مقاومت حرارتی را افزایش می دهند و در نهایت منجر به شکست زودرس می شوند.

بستر DCB همچنین عایق 2500V را بین دستگاه های نیمه هادی (که در پتانسیل اتوبوس DC کار می کنند) و صفحه پایه (که به سینک گرما نصب شده است) فراهم می کند.به طور معمول در پتانسیل زمین در سیستم).

این عایق بندی اجازه می دهد تا ماژول به طور مستقیم بر روی یک سینک حرارتی فلزی بدون یک پد عایق اضافی در اکثر تاسیسات نصب شود.

کاربرد دیود بازیابی سریع در سیستم های محرک موتور

کاربردهای معمول FRD100CA120 در الکترونیک قدرت درایو فرکانس متغیر و درایو سرو شامل چندین موقعیت مدار متمایز است:

دیود های چرخ آزاد در پل اینورتر:در یک اینورتر PWM سه فاز، هر سوئیچ IGBT با یک دیود آزاد (ضد موازی) جفت می شود.جریان تحرک موتور ادامه می دهد تا جریان از طریق دیود آزاد تا رویداد سوئیچ بعدی.

این دیودها باید به سرعت از حالت هدایت جلو خود پس از اینکه IGBT دوباره روشن می شود، بهبود یابند. اگر بهبود آنها کند باشد، جریان معکوس برای مدت زمان بهبود از طریق IGBT جریان می یابد.افزایش تلفات سوئیچ و فشار بر روی IGBT.

بنابراین بازیابی سریع یک نیاز اساسی برای دیود های چرخ آزاد اینورتر است.

چرخ آزاد مرحله تقویت در مدارهای PFC:مدارهای اصلاح فاکتور قدرت فعال از توپولوژی کنورتر تقویت کننده استفاده می کنند که در آن یک دیود سریع در مرحله خروجی تقویت ولتاژ اصلاح شده را مسدود می کند و جریان induktor را هدایت می کند.دیود در فرکانس سوئیچ کنورتر تقویت شده تغییر می کند ، به طور معمول 20100kHz نیاز به بازیابی سریع برای به حداقل رساندن تلفات و EMI انجام شده است.

هلیکوپتر ترمز در حال حرکت آزاد:در سیستم های محرک که دارای یک فرکانس ترمز هستند (یک سوئیچ که انرژی ترمز را در یک مقاومت در هنگام افزایش ولتاژ اتصال DC از بین می برد)یک دیود چرخ آزاد در سراسر سوئیچ هکپر متصل شده است تا اجازه دهد که جریان محرک مقاومت ترمز در طول دوره خاموش هکپر دوباره گردش کند.

سوالات عمومی

سوال 1: تفاوت دیود بازیابی سریع و دیود فوق سریع چیست و FRD100CA120 به کدام دسته می رسد؟

این تفاوت عمدتاً در زمان بازیابی معکوس (trr) زمان از زمانی که جریان دیود معکوس می شود تا زمانی که دیود به طور کامل مسدود می شود.دیود های بازیابی سریع به طور معمول دارای مقادیر trr در محدوده 100 ≈ 500 نانوسانتی هستند، در حالی که دیود های فوق سریع trr را کمتر از 100ns به دست می آورند.

trr دقیق FRD100CA120 در ورق اطلاعات Sanrex مشخص شده است. نام FRD نشان دهنده بهبود سریع است.برای فرکانس های سوئیچینگ تا حدود 20kHz (معمول در PWM درایو صنعتی)، دیود های بازیابی سریع به طور کلی کافی هستند.

برای فرکانس های بالاتر (بیش از 50kHz) در کنورترهای با عملکرد بالا، دیود های فوق سریع یا SiC Schottky ممکن است برای کاهش بیشتر تلفات سوئیچ ترجیح داده شوند.

سوال2: IFSM 2000A است. آیا این دیود می تواند به یک مدار کوتاه لینک DC بدون محافظت مقاومت کند؟

نه، IFSM (غيرتكراري اوج جلو موج جاري) نشان دهنده توانایی دیود برای زنده ماندن در یک واحد،پالس جریان کوتاه معمولاً برای پالس موج سینوس نیمه چرخه ای با مدت زمان خاص (معمولاً 8.3ms یا 10ms بر اساس استانداردهای IEC).

یک مدار کوتاه لینک DC در یک سیستم محرک می تواند جریان های خطای پایدار را بسیار بیشتر از 2000A ارائه دهد و مقدار I2t (16,600A2s) محدوده انرژی را که دیود قبل از تخریب جذب می کند تعریف می کند.

سیستم حفاظت از نیمه هادی ها، فیوز های جلو، تشخیص تشعشع درایور دروازه IGBT،یا رآکتورهای محدود کننده جریان باید قبل از اینکه انرژی از طریق دیود از درجه I2t خود فراتر رود، خطای را پاک کند..

انتخاب فیوز برای حفاظت دیود از مقدار I2t برای انتخاب فیوز با مقدار I2t پایین تر از مقدار دیود استفاده می کند.

س3: آیا FRD100CA120 معادل مستقیم ماژول های مشابه از تولیدکنندگان دیگر مانند Semikron، Infineon یا Powerex است؟

رتبه های الکتریکی FRD100CA120 (1200V، 100A، 1.ولتاژ 80 ولت جلو) و بسته استاندارد با عرض پایه 34 میلی متر با بسته استاندارد بین المللی مورد استفاده توسط ماژول های Semikron (SKE100/16، به عنوان مثال) ، Infineon (DD100N12K) ، و Powerex در همان کلاس رتبه بندی.

ابعاد نصب مکانیکی و موقعیت های پایانی در این بسته استاندارد به طور کلی در تولید کنندگان سازگار است، که جایگزینی متقابل را تسهیل می کند.

با این حال، پارامترهای الکتریکی به ویژه زمان بازیابی معکوس (trr) ، بار بازیابی (Qrr) ،و مقاومت حرارتی اتصال به مورد (Rth ((j-c)) باید بین مشخصات اصلی و ماژول جایگزین مقایسه شود تا سازگاری را در مدار کاربرد خاص تأیید کند..

ماژول های تولید کننده های مختلف در یک کلاس رتبه بندی ممکن است ویژگی های پویایی متفاوتی داشته باشند.

سوال 4: چگونه باید ماژول FRD100CA120 برای دستیابی به ظرفیت جریان نامی نصب شود؟

درجه بندی 100A در Tc = 78°C مستلزم آن است که دمای صفحه پایه ماژول در شرایط کار با بار کامل 78°C یا کمتر از آن حفظ شود.

برای رسیدن به این هدف، لازم است: مواد رابط حرارتی (گرس حرارتی یا یک پد حرارتی از پیش برش) بین صفحه پایه ماژول و سینک حرارتی برای به حداقل رساندن مقاومت حرارتی تماس؛مقاومت حرارتی کافی برای خستگی کل قدرت (در حال حاضر 100A به جلو با Vfm = 1).80V، از دست دادن رسانایی تقریبا 180W است) و جریان هوایی کافی در باله های بخارگر.

پیچ های نصب باید به چرخش مشخص شده در ورق داده Sanrex برای اطمینان از فشار تماس حرارتی یکنواخت بدون آسیب رساندن به زیربنای سرامیکی ماژول محکم شوند.

س5: ورق داده I2t از 16600A2 را مشخص می کند. چگونه این مقدار در عمل استفاده می شود؟

I2t (انتگرال جریان مربع نسبت به زمان) انرژی حرارتی است که اتصال سیلیکونی دیود در طول یک رویداد بیش از حد جذب می کند.فیوز ها با حداکثر اجازه عبور I2t در زمان پاکسازی خود از انرژی عبور می کنند.

برای این که دیود از نقص پاک شده توسط فیوز قبل از آن نجات یابد، ارزش اجازه عبور I2t فیوز باید کمتر از امتیاز I2t دیود از 16600A2s باشد.

جدول های انتخاب فیوز در کاتالوگ های سازنده، مقادیر اجازه عبور I2t را برای درجه بندی های مختلف فیوز و سطوح جریان خطا فهرست می کنند.که به مهندس حفاظت اجازه می دهد تا تأیید کند که فیوز انتخاب شده دیود را محافظت می کند..

یک فیوز با I2t بزرگتر از 16.600A2s اجازه می دهد انرژی کافی از طریق دیود در طول پاکسازی برای از بین بردن آن قبل از باز شدن مدار.