Статьи

В процессе разработки различного рода изделий силовой электроники рано или поздно обязательно встаёт вопрос проведения испытаний под реальной нагрузкой. В этом плане очень показательной нагрузкой является электродвигатель, т.к. данный тип нагрузки обладает большой индуктивностью, что для силовых модулей является, во-первых, нагрузкой максимально приближённой к эксплуатационной (как правило), а во-вторых, проявляет все возможные недостатки как силовых модулей, так и схем управления.

В своё время нам необходимо было разобраться с систематическими выходами из строя одного преобразователя. Повреждение кристаллов транзисторов выглядели одинаково, но причину никак не удавалось определить. К своему удивлению, мы не нашли в интернете практически никакой информации о том, как выглядят кристаллы при том или ином выходе из строя. Сейчас, обладая уже собственным материалом на эту тему, было решено поделиться наработками в данной области и кратко рассказать/показать читателю, как выглядит выход из строя полевого транзистора.

Тиристорные схемы управления нагрузкой, как правило, представлены тремя видами: тиристорный регулятор мощности, управляемый тиристорный выпрямитель и коммутатор асинхронного электродвигателя на основе тиристоров. Данные типы тиристорных сборок являются самыми распространёнными. В перечне выпускаемой продукции компании «Электрум АВ» имеются все указанные типы схем. Это регулируемый выпрямитель МО30, фазовый регулятор мощности М25, модуль управления асинхронным двигателем МО27.

Пробой коллектор-эмиттер перенапряжением одна из наиболее распространённых причин выхода из строя транзисторных преобразователей. Причина тому – недостаточно ответственный подход к защитным снабберным цепям инвертора. Так как же выбрать правильный снаббер?

Тиристорный регулятор мощности – это достаточно распространённый тип преобразователей силовой электроники, представляющий собой фазовый регулятор мощности на основе тиристоров, в котором величина подаваемой в нагрузку мощности регулируется длительностью открытого состояния тиристоров. Регуляторы мощности тока производства «Электрум АВ» представлены двумя типами конструктивного исполнения: силовой модуль М25 и силовые блоки типа ТРМ.

В схемы управления силовой электроники практически всегда входит гальваническая развязка. И если не по сигналам управления, то хотя бы гальваническая развязка верхних ключей инвертора обязательно. Если же преобразователь должен быть собран на отечественной элементной базе, то всё не так просто. Здесь организовать гальваническую развязку практически не на чем. Об этой проблеме и её решение и пойдёт речь в настоящей статье.

Драйверы IGBT- и MOSFET-транзисторов производства «Mitsubishi» («Powerex») серий VLAи М59 выпускаются уже очень много лет. Данные драйверы полевых транзисторов приобрели большую популярность во всём мире благодаря, прежде всего, своей простоте, малым габаритам и низкой стоимости. В России эти драйверы не так популярны, но, тем не менее, вышеуказанные достоинства не могут оказаться незамеченными.

Практически любой разработчик в области силовой электроники знает, что такое драйвер IGBT-транзистора, что он собой представляет и как выглядит. Имеется понимание и о том, что драйвер выполняет защитные функции. Однако, зачем нужна какая-то функция, как выглядит её работа и каковы её типовые характеристики – это не всегда понятно.

Устройства плавного пуска, т.е. блоки управления асинхронных двигателей на основе тиристоров – это давно сформировавшийся класс устройств силовой электроники. Компания «Электрум АВ» так же освоила производство такого рода изделий. Отличительными особенностями БРУТ (блока реверсивного управления тиристорного) является возможность осуществления реверса, а так же возможность ограничения тока электродвигателя не только в момент пуска, но и в процессе его работы.

Микросхемы имеют много общего, направлены на решение одних и тех же задач, но всё же схемотехника для каждого типа драйверов остаётся своя. Так на каких же типах микросхем проще всего собрать полноценный драйвер?

Драйверы полевых транзисторов необходимы для работы каждого преобразователя на основе IGBT- или MOSFET-транзисторов. В том числе и для такого класса изделий, в обозначении которых указано приёмка 5, должны использоваться указанные драйверы (устройства управления полевыми транзисторами). Но, зачастую, разработать драйвер управления транзистором не так просто, особенно если требуется драйвер с военной приёмкой и, соответственно, на основе только комплектации разрешённой перечнем МОП44.

Каждому из нас известно, что микроконтроллеры с каждым днём всё больше входят в нашу жизнь. Эти устройства получили широкое применение практически во всех сферах деятельности человека в основном благодаря тому, что в одной микросхеме реализован богатый функционал готовых блоков таких как: 1) Таймеры; 2) Компараторы; 3) АЦП; 4) Комплементарный генератор; 5) ЦАП;6) нтерфейсы (SPI,I2C,USART); 7) Формирователи сигналов широтно-импульсной модуляции.

Драйверы управления IGBT- и MOSFET-транзисторов – это самостоятельный и довольно большой класс устройств управления в области силовой электроники. Не смотря на это, серийных и общедоступных драйверов полевых транзисторов с военной приёмкой фактически нет. И это даже при том, что в области управления гражданского назначения таких изделий (драйверов транзисторов) довольно много, при чём как импортных, так и отечественных.

Низковольтные следящие приводы – одно из наиболее востребованных направлений силовой электроники среди изделий специального назначения. Различного рода системы наведения, закрылки ракет и БЛА, стабилизированные платформы и т.д. Всё это требует следящих приводов, как правило на основе коллекторного или вентильного двигателя. А к двигателю необходим управляющий инвертор. О развитии и актуальной номенклатуре данных инверторов и пойдёт речь ниже.

В мощных преобразователях на основе IGBT- и MOSFET-транзисторов зачастую имеют место быть коммутационные выбросы напряжения, способные вывести из строя силовой модуль. При чём такие выбросы могут возникать не только при аварийной работе преобразователя, но и при его штатной работе. Для минимизации выбросов напряжения используются различного рода схемные решения и, в том числе, снабберы.

Настоящая статья посвящена практической задаче построения преобразователя и предназначена для практикующих разработчиков. Назначение статьи – не показать теорию, а по возможности предостеречь от распространённых ошибок при проектировании реального изделия.

Защита силового транзистора (модуля IGBT или модуля MOSFET) – это одна из основных задач при разработке практически любого преобразователя на основе транзисторов с полевым управлением, что связано, прежде всего, с основополагающими частотными свойствами такого рода устройств. Эту защиты можно разделить на две большие группы: защиту от перенапряжения и защиту от перегрева (в том числе из-за перегрузки по току). В данной статье речь пойдёт о первом виде защиты.

Статья продолжает тему практической разработки преобразователя и теперь речь пойдёт о цепях управления. Под цепями управления здесь подразумевается часть схемы непосредственно подключаемая к затвору силового транзистора. Задача статьи аналогично первой части – по возможности предостеречь, указать распространённые ошибки, возникающие ещё на этапе эскизного проектирования преобразователя.

Для «Электрум АВ» 2020 год стал очень результативным по части разработок в области интеллектуальных инверторов. Наконец разработаны и освоены в производстве целая серия модулей типа М32 и мощных блоков инверторов типа Б31. Разработки, вобравшие в себя многолетний опыт и самую современную элементную базу, в т.ч. микросхемы драйверов с трансформаторной развязкой от Infineon, датчики тока на эффекте Холла, силовые транзисторы последних поколений…

В предыдущей части статьи «защита силового транзистора» шла речь о защите IGBT-транзисторов и MOSFET-транзисторов от выходов из строя обусловленных перенапряжением. Во второй части речь пойдёт о выходе из строя транзисторных ключей по причине перегрева. При этом к понятию перегрева относится не только внешний процесс нагрева, но и перегрев кристалла вызванный перегрузкой по импульсному или среднему току. Эти три типа выхода из строя имеют, фактически, одну и ту же причину – тепловой пробой.

За более чем 15 лет опыта в проектировании и развитии драйверов управления IGBT-транзисторами «Электрум АВ» были значительно пересмотрены как базовые подходы к разработке драйвера, так и его основные характеристики. В данной статье рассмотрены основные этапы, поколения, в развитии драйверов IGBT-транзисторов от «Электрум АВ». Выделены три основных поколения, от относительно простых драйверов, до драйверов на основе микроконтроллеров с трансформаторной развязкой.

Ограничение пускового тока или ограничение тока зарядки – это довольно распространённые проблемы возникающие при создании релейных схем. Именно поэтому реле защиты по току и, в частности, реле контроля постоянного тока, предназначенные для ограничения тока на заданном уровне, пользуются популярностью. Такого рода устройства позволяют обойтись минимумом дополнительных схем управления, в особенности, если стоит задача защиты нагрузки или источника от перегрузки по току.

Разработка блока управления электродвигателем уже сама по себе задача не из лёгких. Но всё многократно усложняется, если речь идёт о блоке не общего назначения, а о блоке с приёмкой 5. Здесь, фактически, нет не только разрешённых сборок и модулей, но и, зачастую, самых простых узлов, таких как IGBT-инверторы или силовые драйверы.

При управлении электродвигателем с помощью преобразователя частоты, в особенности в асинхронных преобразователях частоты, стоит проблема контроля силового напряжения и снятия наброса напряжения в моменты работы электродвигателя в генераторном режиме (при осуществлении динамического останова или реверса). И тем эта проблема острее, чем более кратковременным должен быть реверс или останов.

В мощных преобразователях расчёт теплового сопротивления силовых ключей является неотъемлемой частью этапа разработки. В то же время, не смотря на то, что теме расчёта полного теплового сопротивления посвящено немало статей, разработчики зачастую сталкиваются с тупиковыми ситуациями. Ведь теоретический расчёт – это одно, а расчёт с нюансами практического применения – немного другое.

При работе силовых модулей и источников питания на емкостную нагрузку имеют место быть значительные зарядные токи. Величина зарядного тока может вывести из строя установленный последовательно в цепи силовой модуль (диодный выпрямительный мост, твердотельное реле и т.п.) или даже источник питания. Более того, при больших значения di/dt, могут выйти из строя и сами конденсаторы.

Теме расчёт статических тепловых потерь посвящено довольно много литературы. Более того, расчёт статических потерь, по приведённым формулам, – задача не сложная. Совсем другое дело – расчёт динамических потерь. И одно, если речь идёт о тиристорном преобразователе или даже о низкочастотном преобразователе на основе IGBT- или MOSFET-транзисторов, и совсем другое, когда необходимо рассчитать суммарные тепловые потери высокочастотного транзисторного ключа.

Статья продолжает повествование о истории развития основных направлений номенклатуры «Электрум АВ» и теперь речь идёт о модулях IGBT-транзисторов. Так же как и для драйверов IGBT выделены поколения, рассмотрены особенности каждого поколения, достоинства и недостатки. Для второго поколения приведено сравнение модулей с аналогичными импортными изделиями, т.к. второе поколение, помимо прочего, характеризуется направленностью на аналоги.

Твердотельные реле – это, пожалуй, самый многочисленный класс в области силовой электроники. В частности, реле постоянного тока (реле постоянного напряжения) представлены исполнениями, перекрывающими мощности от единиц Вт, до МВт с габаритными размерами от нескольких см, до десятков см. Такие транзисторные реле могут содержать в себе самые различные функции, такие как защита по току, ограничение тока, ограничение напряжения, различного рода индикацию…

Настоящая статья является первой частью исследования проблемы выбора номинала затворного резистора. Подтолкнуло на написание статей о затворных резисторах относительно частые выходы из строя преобразователей у потребителей, в которых задействованы силовые модули или драйверы нашего производства, именно по причине некорректного выбора номинала затворного резистора.