Ultrakompaktné moduly IPM

Ultrakompaktný inteligentný výkonový modul MiniSKiiP IPM nastavuje nové normy pre výkonovú hustotu v moduloch IPM v aplikáciách stredného výkonu do15 kW. S hmotnosťou len 55 g a plochou 30 cm² je tento modul menší než polovina konvenčných modulov IPM v tejto výkonovej triede. Tento modul sa pýši technológiou pružinového kontaktu a bezdotykovou, bezspájkovou montážou s jedinou skrutkou, a okrem toho umožňuje kompaktné konštrukcie meničov frekvencie a optimalizované výrobné procesy. Tieto moduly sú k dispozícii aj s termálnou pastou, ktorá pomáha oživiť spoľahlivosť procesov a zjednodušiť logistiku výroby. Tieto vlastnosti robia modul ideálnym pre použitie v aplikáciách v riadiacich jednotkách, meničoch frekvencie a v zdrojoch energie.

Malá plocha pre kompaktnú konštrukciu

V elektronickej energetike každá nová generácia čipov ponúka vyššiu hustotu výkonu spolu s menšími plochami čipov. Výkonové moduly už dávno nasledujú tento trend, najmä najrýchlejšie rastúci sektor výkonových modulov, trh modulov IPM [1]. Plocha modulu je jedným z najdôležitejších faktorov, ktoré ovplyvňujú tvar a veľkosť meniča frekvencie. Kvalita a veľkosť chladiča je definovaná stratou výkonu a vonkajšími rozmermi modulu. MiniSKiiP IPM od Semikron teraz umožňuje kompaktnejšie konštrukcie meničov frekvencie vo výkonovej rade 15 kW. Len pri 30 cm² tento modul spĺňa potrebu pre moduly s chladičmi malých rozmerov a rovnako kompaktné výkonové sústavy obvodov, faktor, ktorý znižuje celkové materiálové náklady. Tento modul je dostupný v typológiách 600V CIB a 1200V SixPack vyznačujúcich sa riadiacimi jednotkami vysokonapäťových integrovaných obvodov (HVIC) v technológii SOI (kremík na izolátore) na ochranu aktívnych komponentov pred efektom latch-up /mikroprieraz/. Pri 59 x 52 mm² je tento modul najmenej o 50% menší než porovnateľné inteligentné výkonové moduly v tejto výkonovej triede (obr. 1).

sem1

Obr. 1: Celková plocha MiniSKiiP IPM je o 50 % menšia než u porovnateľných konkurenčných modulov

Ľahká konštrukcia
Hmotnosť výkonových modulov je dôležitou pre manipuláciu s komponentmi počas montáže, ako aj pre spoľahlivosť elektrických kontaktov pod otrasmi a vibráciami a pre dopravné náklady. Vo vývoji na trhoch automobilov a trakčných systémov, ako aj pomocných invertorových systémov pohyb jednotlivých komponentov vo vzťahu jedného k druhému v dôsledku vonkajších vibrácií je považovaný za veľmi kritickú záležitosť. Preto sa takýto pohyb skúma pomocou simulačných a vibračných testov pre posudzovanie nárazových účinkov. Čím je hmotnosť jednotlivého komponentu nižšia, tým menšia sila zotrvačnosti pôsobí na elektrické a mechanické komponenty v meničoch. V moduloch MiniSKiiP IPM je táto sila päťkrát nižšia ako u porovnateľných konkurenčných modulov. Navyše, vďaka použitiu patentom chránenej technológie pružinového kontaktu sú problémy spôsobené únavou spájky odstránené, čo predlžuje servisnú životnosť modulu. V prípade väčších prepravných vzdialeností a široko rozmiestnených výrobných závodov, môže mať nízka hmotnosť a objem modulu vplyv aj na celkové zníženie nákladov o viac ako 60%. Pri len 55 g MiniSKiiP IPM je podstatne ľahší ako konvenčné moduly IPM vo svojej triede (obr. 2).

sem2

Obr. 2: MiniSKiiP IPM je najmenej 5 krát ľahší ako moduly od konkurencie 1 200V 50 A IPM

Jednoduchá montáž: bezspájková montáž na jednu skrutku
Pri vývoji nových konštrukcií meniča je stále dôležitejší faktor potreby rýchlej a jednoduchej montáže aj počas počiatočnej konštrukčnej fázy. V skutočnosti, zložité a komplexné výrobné procesy majú za následok dlhší čas spracovania a následne vyššie výrobné náklady. Avšak, dôležitá mechanická vlastnosť v tomto module je jednoduchá montáž a servisne prijateľné zaťaženie pružinových kontaktov a hradlových svoriek. V porovnaní s konvenčnými spájkovanými modulmi, kde je potrebné drahé automatické spájkovacie zariadenie v časovo náročných procesoch spájkovania, nie sú na montáž modulov MiniSKiiP IPM potrebné žiadne špeciálne nástroje - miesto toho sa používa spojenie jednou skrutkou. Doska s plošnými spojmi (PCB), výkonový modul a chladič sú pevne spojené pomocou tlakového veka. Pre údržbu alebo servisnú prácu toto znamená, že na prístup ku komponentom (obr. 3) je potrebné uvoľniť jedinú skrutku. Táto technológia spojenia má niekoľko ďalších výhod: PCB zákazníka môže byť flexibilnejšia v konštrukcii, pretože doska výkonových obvodov nemusí obsahovať otvory pre spájkovacie kolíky. Pružiny zabezpečujú pružné spojenie medzi výkonovým hybridom a PCB, ktoré je oveľa kvalitnejšie než spájkovaný spoj, obzvlášť za podmienok tepelného alebo mechanického zaťaženia, ktoré môže ovplyvniť životnosť [2]. Vďaka dobrej prítlačnej sile zabezpečenej pružinami sa môže vylúčiť prerušenie elektrického spojenia, čo sa môže niekedy vyskytnúť v plug-in /zásuvných/ kontaktoch v náročných podmienkach prostredia. Kompresia, ktorú pružiny vyvíjajú, keď je modul úplne zmontovaný, je medzi 20 a 100 N/mm². Toto zaisťuje vzduchotesné, spoľahlivé elektrické spojenie. Plastové puzdro pritláča výkonový hybrid rovnomerne na chladič, ktorý sa vyznačuje dobrými tepelnými vlastnosťami známymi z technológie MiniSKiiP. Preto sú riadiaca jednotka a odpory hradla, ktoré sú priamo prispájkované na DCB, účinne ochladzované.

sem3

Obr. 3: Rýchlo a jednoducho: bezspájková montáž s jednou skrutkou

Štandardná montáž s predtlačenou termálnou pastou
Na dosiahnutie dobrého tepelného spojenia medzi polovodičovým modulom a chladičom sa musí na výkonový modul aplikovať termálna pasta. Príliš hrubá vrstva termálnej pasty má nepriaznivý vplyv na tepelný odpor a zvyšuje riziko prasknutia v izolačnej keramickej vrstve pri montáži. Naopak, príliš tenká vrstva nemôže zaručiť prenos tepla, čo vedie k tepelnému preťaženiu vo výkonových polovodičových čipoch a v konečnom dôsledku znižuje celkovú životnosť modulu. Termálna pasta sa môže aplikovať na modul dvoma rôznymi spôsobmi. Mnohí užívatelia používajú na aplikovanie termálnej pasty valec z penovej gumy. Iní používajú tlač, ktorá poskytuje reprodukovateľné výsledky, ale vyžaduje špeciálne a nákladné nástroje. V Semikrone nás 10-ročná prax naučila ako aplikovať optimálnu hrúbku termálnej pasty v ekonomickom procese tlače, ktorý zaručuje stupeň presnosti +/- 10μm. Hotové moduly, ktoré obsahujú vrstvu termálnej pasty, sa prepravujú v prepravnom balení chránenom patentom a môžu sa skladovať až po dobu 18 mesiacov. To robí montáž neuveriteľne jednoduchou: moduly sa jednoducho vyberú z obalu a položia na chladič. Fáza aplikácie termálnej pasty už nie je potrebná. Plus, už nie je riziko, že pasta sa náhodne rozmaže alebo rozotrie.

Zvýšenie výťažnosti predtestovanými systémami
Pri vývoji nových výkonových elektronických zariadení sa stále väčší dôraz kladie na zníženie výrobných nákladov. To je kvôli cenovému tlaku v dôsledku tvrdej konkurencie medzi rôznymi výrobcami. Časť nákladov na vývoj meničov frekvencie tvorí povinnosť schvaľovania výrobkov a schvaľovacie skúšky, ktoré sa vykonávajú až do spustenia sériovej výroby. Ďalším nákladovým faktorom v sériovej výrobe je priebežné a záverečné testovanie ako aj funkčné skúšky hotového výrobku. V moduloch IPM schválený systém pozostáva z riadiacej jednotky a výkonovej časti, ktorá už existuje. To znamená kratšiu dobu na konštruovanie a schvaľovanie, a následne, kratšiu dobu na vývoj. Požiadavky na zákaznícke skúšky sú tiež nižšie, čo v konečnom dôsledku znamená nižšie celkové výrobné náklady. V sumáre, MiniSKiiP IPM môže pomôcť znížiť náklady na vývoj a výrobu.

Záver
Potreba rýchlejšej a efektívnejšej výroby, čo je vidieť na trhoch riadiacich jednotiek, frekvenčných meničov a zdrojov energie, sa splnila produktom MiniSKiiP IPM, ktorý sa pýši bezspájkovou montážou na jednu skrutku a predtlačenou vrstvou termálnej pasty na želanie. Predtestovaný modul IPM môže pomôcť zvýšiť výťažnosť produkcie a má za výsledok optimalizované konštrukcie výkonových modulov vďaka jeho kompaktnej a ľahkej konštrukcii.

Info Box:

- O 50% menší a päťkrát ľahší ako konkurenčný modul
- Dostupný ako 600 V CIB a1 200 V Sixpack verzie až do 15 kW

- Integrovaná riadiaca jednotka v technológii SOI pre ochranu efektom latch-up

- Rýchla, bezspájková skrutková montáž pre výkonové a hradlové svorky

- Voliteľná predtlačená vrstva termálnej pasty

Text: Alexander Langenbucher, produktový manažér, SEMIKRON

Späť

Najčítanejšie

Skalár III OS – ultra přesné měření

Prvním krokem k úsporám teplé vody (TV) v domě, je nezbytné, co nejpřesněji změřit její spotřebu. Česká společnost ULITEP, spol. s.r.o., ve spolupráci se společností Hydrometer GmbH, představuje vlastní výrobek, měřicí sestavu Skalár III OS s přesností do 1 %. VIAC

ULITEP

Automatické kotle na pelety ATMOS představují moderní vytápění

Automatické kotle na pelety dnes přestavují moderní způsob vytápění rodinných domů a jiných objektů. Kotle určené pro topení peletami s hořáky na pelety ATMOS A25 nebo A45 mají hodně společného s topením zemním plynem nebo topným olejem. VIAC

ATMOS


Energeticky úsporné, teplé, cenovo dostupné  suché podlahové kúrenie
Zdravá, prírodná alternatíva podlahy v podobe keramickej dlažby CREATON so sebou prináša množstvo výhod: úspora energie, nízka váha - len 38,25 kg/m2, hrúbka dlažby len 2 cm, použiteľnosť už po 48 hodinách, rýchlosť pokládky, jednoduchý perodrážkový systém, ktorý môže realizovať iba jeden človek a dokonca laik. VIAC

FA-BRICK