Что такое силовой модуль?

Что такое силовой модуль?

Силовой модуль — это продукт, который объединяет схемы, связанные с питанием, в единый модульный пакет путем объединения нескольких силовых полупроводников.

Благодаря интеграции необходимых функций в ИС (полупроводниковую интегральную схему) и оптимизации маломощной конструкции силовые модули используются в широком спектре областей, включая промышленное оборудование, используемое на заводах, крупные бытовые приборы, автомобили, железные дороги и новые источники энергии. Эта технология используется в широком спектре областей, включая промышленное оборудование, используемое на заводах, крупные бытовые приборы, автомобили, железные дороги и новую энергетику.

Рынок силовых модулей по-прежнему быстро растет.

Применение силовых модулей

Наиболее распространенное применение силовых модулей — инверторы, установленные в кондиционерах, холодильниках, стиральных машинах и т. д. Эти инверторы могут управлять скоростью двигателей, преобразуя их частоту.

Свободно изменяя число оборотов двигателя, можно сократить бесполезное движение и способствовать экономии энергии. Напротив, кондиционеры без инверторов могут только включать и выключать двигатель, что приводит к повторению экстремальных движений, таких как запуск и остановка кондиционера, что приводит к бесполезному потреблению энергии.

Инверторы используются для управления скоростью двигателей, а также в электромобилях, таких как HEV и EV. Важно, чтобы привод транспортного средства не только включался и выключался, но также обнаруживал и контролировал вращение шин.

Без этого управления транспортное средство будет скользить. В заснеженных регионах мощность должна подаваться на шины безопасно и эффективно, и очень точное управление мощностью двигателя важно и необходимо, особенно в EV и HEV.

Принцип работы силовых модулей

Модуль питания состоит из нескольких силовых транзисторов, оптимизированных для требуемого приложения питания, вместе со схемой управления смещением, и модулируется вместе с периферийными компонентами для улучшения выдерживаемого напряжения, скорости переключения и эффективности во время работы питания. Кроме того, корпус и подложка характеризуются рассеиванием тепла и другими характеристиками, которые делают их простыми в использовании.

Среди силовых полупроводников, широко используемых в силовых модулях, силовые транзисторы имеют самый широкий спектр применения. Ситуация такова, что технологическое развитие активно осуществляется в основном производителями полупроводников и материалов. Среди силовых транзисторов есть несколько полупроводниковых приборов, перечисленных ниже.

1. Биполярный транзистор

Биполярные транзисторы имеют простую структуру и могут обрабатывать большие объемы мощности. Однако они имеют недостатки в виде низкой скорости переключения и высокого энергопотребления. В последние годы они больше не являются основой приложений силовых модулей.

2. Мощный МОП-транзистор

Мощные МОП-транзисторы (ПТ: полевые транзисторы) обладают преимуществом в виде самых быстрых скоростей переключения и низкого энергопотребления. Однако у них также есть недостаток в том, что они не могут обрабатывать большие объемы энергии.

3. БТИЗ

Разработанные в 1980-х годах, биполярные транзисторы с изолированным затвором (БТИЗ) могут обрабатывать большие объемы энергии. По сравнению с МОП-транзисторами, БТИЗ способны переключаться, не намного хуже МОП-транзисторов. Конфигурация схемы представляет собой комбинацию МОП-транзистора и БПТ (биполярного переходного транзистора).

Другая информация о силовых модулях

1. Тенденции в силовых модулях следующего поколения

SiC-MOSFET в последнее время привлекают внимание как устройства для силовых модулей следующего поколения, поскольку подложки SiC имеют более высокую ширину запрещенной зоны и более высокое напряжение пробоя, чем подложки Si.

IGBT могут работать с высокой мощностью даже с кремниевыми подложками, но их биполярная структура затрудняет увеличение скорости переключения. SiC-MOSFET, которые являются мощными устройствами с высокой скоростью переключения, в настоящее время рассматриваются для силовых модулей следующего поколения.

Слабость SiC-подложек в массовом производстве была преодолена появлением производителей подложек, способных работать с 6-дюймовыми подложками, что является результатом технологических инноваций.

2. Силовые модули в электромобилях

Напряжение литий-ионных аккумуляторов в электромобилях связано со временем зарядки, поэтому мы стремимся сократить время зарядки за счет высокоскоростной зарядки. Чтобы повысить эффективность силовой передачи, которая эквивалентна двигателю электромобиля, мы работаем над снижением текущего уровня 400 В. Для повышения эффективности силовой установки, которая соответствует двигателю электромобиля, требуется дальнейшее повышение напряжения с нынешних 400 В до, например, 800 В.

Для обеспечения высокого напряжения и высокой управляемости двигателей транспортного средства важно коммутировать переменный ток, вырабатываемый инверторной схемой, с высокой скоростью, для чего используются силовые устройства и силовые модули.