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módulo do igbt do poder superior
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| Lugar de origem | Japão |
| Marca | SANREX |
| Certificação | CE RoHS |
| Número do modelo | FRD100CA120 |
OSanrex FRD100CA120é um módulo de alimentação de diodo de recuperação rápida de 1200 V/100 A uma das ofertas de módulos de diodos de alta corrente estabelecidas da Sanrex para eletrónica de potência industrial.
Em circuitos de conversão de potência, nem todos os diodos são iguais. 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.
Para retificação lenta na frequência da rede, esta corrente de recuperação inversa é breve em relação ao tempo do ciclo e tem pouca consequência prática.
Para circuitos de comutação de alta frequência, em que a tensão aplicada se inverte em microssegundos,O pulso de corrente reversa de um diodo de recuperação lenta pode ser tão grande quanto a corrente para a frente e durar tempo suficiente para curto-circuitar o carril de alimentação através do interruptor, gerando picos de corrente destrutivos e dissipando potência significativa.
Os diodos de recuperação rápida são construídos com diferentes estruturas de semicondutores, com perfis de dopagem de junção otimizados, larguras de base estreitas,e vida útil controlada para reduzir a carga armazenada e acelerar o processo de recuperação reversa.
O resultado é um diodo que deixa de conduzir na direção oposta em uma fração de microssegundo, em vez de vários microssegundos.
A tensão de bloqueio de 1200 V do FRD100CA120 cobre a tensão padrão do autocarro de ligação em CC de unidades de alimentação de 400 VAC de 3 fases (com o autocarro retificado de aproximadamente 560 VDC mais a margem de redução),e a classificação de corrente de 100A coloca-o no território de aplicações de transmissão de freqüência variável de potência média, freewheeling e retificador.
A Sanrex (uma empresa da Shindengen) produz módulos de semicondutores de potência para automação industrial desde os anos 70,e os seus módulos de diodos da série FRD são reconhecidos na comunidade de manutenção de servo-acionamentos e inversores como componentes fiáveis com características elétricas previsíveis.
O FRD100CA120 se encaixa nas pegadas internacionais padrão de embalagem utilizadas pela Semikron, Infineon, Powerex,e outros principais fabricantes de módulos ̇ uma vantagem prática para a manutenção do sistema quando o tipo de módulo original não está disponível.
| Parâmetro | Valor |
|---|---|
| Vrrm (Voltagem inversa de pico repetitivo) | 1200 V |
| Ifa (corrente média para a frente) | 100A a Tc = 78°C |
| Vfm (máxima tensão para a frente) | 1.80V |
| Ifsm (corrente de pico não repetitiva) | 2000A |
| I2t (valor de fusão) | 16,600 A2s |
| Tc no Ifa nominal | 78°C |
| Voltagem de isolamento | 2500 V |
| Substrato | DCB (Direct Copper Bonded) |
| Largura da base | 34 mm |
O valor nominal de 1200 V Vrrm define a tensão máxima que os blocos de diodos bloqueiam quando orientados para trás sem avaria.
Em um sistema de 400 VAC de 3 fases, a tensão do autocarro de corrente contínua retificada é de aproximadamente 565 VDC. Com redução de segurança padrão (a tensão nominal do dispositivo deve ser pelo menos 1.5×2 × a tensão de bloqueio aplicada em funcionamento normal, com margem adicional para transientes), 1200V é a classe de tensão adequada para sistemas de 400-480VAC.
Um dispositivo de 600 V teria margem insuficiente para sobrevoltagens transitórias causadas por comutação de carga, falhas de solo do motor e perturbações da linha.Um dispositivo de 1700V fornece mais margem, mas a um custo mais alto e tipicamente uma tensão para a frente ligeiramente maior.
A classificação de 100 A Ifa especificada em Tc = 78 °C temperatura do caso define a corrente contínua para a frente que o módulo manipula sem exceder o limite de temperatura da junção.A temperatura da caixa é crítica.: a capacidade de corrente de um módulo de diodos depende inteiramente da boa remoção do seu calor.
Em Tc = 78°C (temperatura de caso que exige uma gestão térmica adequada ≈ dissipador de calor, material de interface térmica e arrefecimento adequado por ar ou líquido), o diodo conduz 100A continuamente.
Se a temperatura da caixa ultrapassar 78 °C devido a um arrefecimento inadequado, a corrente nominal deve ser diminuída de acordo com a curva de redução do módulo.
O Ifsm de 2000A define a capacidade do módulo de sobreviver a uma corrente de falha de curta duração por exemplo, a descarga de um grande banco de condensadores de ligação CC através de um interruptor falhado em um inversor de acionamento.O I2t de 16,600A2s é o limite de absorção de energia que o diodo pode suportar sem destruição
O substrato DCB (Direct Copper Bonded) é a base da confiabilidade do módulo.e este calor deve fluir através do substrato para a placa de base e, em seguida, para o dissipador de calor.
Qualquer resistência térmica neste caminho aumenta a temperatura de junção para uma dada dissipação de energia.
Substrato DCB liga camadas de cobre diretamente a um isolante cerâmico (normalmente alumínio Al2O3 ou nitruro de alumínio AlN) utilizando um processo de difusão a alta temperatura,Criando uma ligação metalúrgica, não adesivo entre o cobre e a cerâmica.
Esta ligação direta tem uma menor resistência térmica e uma melhor resistência à fadiga térmica do que os substratos cerâmicos mais antigos soldados ou ligados por epoxi.
À medida que o módulo aquece e arrefece através de muitos ciclos operacionais ao longo de anos de serviço,o substrato DCB mantém a sua ligação térmica, enquanto as estruturas ligadas por solda podem desenvolver vazios e delaminações que aumentam a resistência térmica e eventualmente causam falha prematura.
O substrato DCB também fornece o isolamento de 2500 V entre os dispositivos semicondutores (que operam no potencial do autocarro de CC) e a placa base (que é montada no dissipador de calor,normalmente no potencial de solo no sistema).
Este isolamento permite que o módulo seja montado diretamente num dissipador de calor metálico sem uma almofada de isolamento adicional na maioria das instalações.
As aplicações típicas do FRD100CA120 na eletrônica de potência de acionamento de frequência variável e servo-acionamento incluem várias posições de circuito distintas:
Diodos de rotação livre na ponte do inversor:Em um inversor PWM de três fases, cada interruptor IGBT é emparelhado com um diodo de rotação livre (anti-paralelo).corrente indutiva do motor continua a fluir através do diodo freewheeling até o próximo evento de comutação.
Estes diodos devem recuperar rapidamente do seu estado de condução para a frente quando o IGBT se liga novamente se a sua recuperação for lenta, a corrente reversa flui através do IGBT durante a duração da recuperação,aumento das perdas de comutação e tensão no IGBT.
A recuperação rápida é, portanto, um requisito básico para os diodos de rotação livre do inversor.
Aumentar a rotação livre do estágio em circuitos PFC:Os circuitos de correção do fator de potência ativo usam uma topologia de conversor de impulso, onde um diodo rápido no estágio de saída de impulso bloqueia a tensão retificada e conduz a corrente do indutor.O diodo muda na freqüência de comutação do conversor de impulso, normalmente 20-100 kHz, exigindo uma recuperação rápida para minimizar as perdas e conduzir EMI.
Helicóptero de travagem em rota livre:Em sistemas de accionamento com um chopper de travões (um interruptor que dissipa a energia de travagem numa resistência quando a tensão da ligação de corrente contínua aumenta),um diodo freewheeling é conectado através do interruptor do chopper para permitir que a corrente do indutor do resistor de travagem para recircular durante o período de chopper off.
P1: Qual é a diferença entre um diodo de recuperação rápida e um diodo ultrarápido, e em que categoria o FRD100CA120 se enquadra?
A distinção é principalmente no tempo de recuperação reversa (trr) o tempo de quando a corrente do diodo reverte para quando o diodo bloqueia completamente.Os diodos de recuperação rápida têm tipicamente valores trr na faixa de 100-500 nanossegundos, enquanto os diodos ultra-rápidos atingem trr abaixo de 100 ns.
A trr exata do FRD100CA120 é especificada na ficha de dados do Sanrex. A designação da série FRD indica uma recuperação rápida.Para frequências de comutação até aproximadamente 20 kHz (comum no PWM industrial), os diodos de recuperação rápida são geralmente adequados.
Para frequências mais elevadas (acima de 50 kHz) em conversores de alto desempenho, podem ser preferidos diodos ultra-rápidos ou SiC Schottky para reduzir ainda mais as perdas de comutação.
P2: O IFSM é de 2000A. Este diodo pode suportar um curto-circuito de ligação DC sem proteção?
Não, o IFSM representa a capacidade do diodo de sobreviver a uma única onda.pulso de corrente curto 0,3 ms ou 10 ms segundo as normas CEI).
Um curto-circuito de ligação de CC em um sistema de acionamento pode fornecer correntes de falha sustentadas muito superiores a 2000A, e o valor de I2t (16.600A2s) define o limite de energia que o diodo absorve antes da destruição.
O sistema de proteção de semicondutores fusíveis a montante, detecção de desaturação do condutor de porta IGBT,Reatores de limitação de corrente must limpar a falha antes que a energia através do diodo exceda a sua classificação I2t.
A seleção de fusíveis para proteção de diodos utiliza o valor I2t para escolher um fusível com um valor de permeabilidade I2t inferior ao valor nominal do diodo.
P3: O FRD100CA120 é um equivalente direto a módulos semelhantes de outros fabricantes, como Semikron, Infineon ou Powerex?
As classificações elétricas do FRD100CA120 (1200V, 100A, 1.80V de tensão para a frente) e a pegada do pacote padrão com largura de base de 34 mm são compatíveis com o pacote padrão internacional utilizado pelos módulos da Semikron (SKE100/16, por exemplo), Infineon (DD100N12K) e Powerex na mesma classe de classificação.
As dimensões de montagem mecânica e as posições dos terminais dentro deste pacote padrão são geralmente consistentes entre os fabricantes, facilitando a substituição cruzada.
No entanto, os parâmetros eléctricos em especial o tempo de recuperação inverso (trr), a carga de recuperação (Qrr),e da resistência térmica de junção (Rth ((j-c)) ), deve ser comparada entre a especificação original e o módulo de substituição para confirmar a compatibilidade no circuito de aplicação específico..
Os módulos de diferentes fabricantes da mesma classe de qualificação podem ter características dinâmicas diferentes.
Q4: Como deve ser montado o módulo FRD100CA120 para atingir a capacidade de corrente nominal?
A classificação de 100 A em Tc = 78 °C exige que a temperatura da placa de base do módulo seja mantida em 78 °C ou inferior em condições de funcionamento de carga total.
Para o efeito, é necessário: um material de interface térmica (grease térmico ou uma almofada térmica pré-cortada) entre a placa de base do módulo e o dissipador de calor para minimizar a resistência térmica ao contacto;Resistência térmica adequada do dissipador de calor para a dissipação total de potência (a corrente de 100 A para a frente com Vfm = 1.80V, a perda de condução é de aproximadamente 180W); e um fluxo de ar suficiente sobre as barbatanas do dissipador de calor.
Os parafusos de montagem devem ser apertados até ao binário especificado na ficha de dados do Sanrex para garantir uma pressão térmica de contacto uniforme sem danificar o substrato cerâmico do módulo.
P5: A folha de dados especifica I2t de 16.600A2. Como é utilizado este valor na prática?
O I2t (integral da corrente ao quadrado em relação ao tempo) é a energia térmica que a junção de silício do diodo absorve durante um evento de sobrecorrente.Os fusíveis são classificados com um débito máximo de I2t ∙ a energia que passam durante o seu tempo de limpeza.
Para que o diodo sobreviva a uma falha eliminada pelo seu fusível a montante, o valor de passagem I2t do fusível deve ser inferior ao valor I2t do diodo de 16.600A2.
As tabelas de seleção dos fusíveis dos catálogos dos fabricantes apresentam valores de passagem I2t para diferentes classificações dos fusíveis e níveis de corrente de falha,permitindo ao engenheiro de protecção verificar se o fusível seleccionado protege o diodo.
Um fusível com I2t superior a 16.600A2s permitiria que energia suficiente atravessasse o diodo durante a limpeza para destruí-lo antes que o circuito se abra.
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