Подписка на новости

Опрос

Нужны ли комментарии к статьям? Комментировали бы вы?

Реклама

 

2005 №1

Электрум АВ - «быстрее, выше, сильнее»: производство силовых полупроводниковых приборов

Волошин Сергей


Этот олимпийский девиз в полной мере отражает смысл и результаты деятельности молодой российской компании «Электрум АВ», которая за 2 года своего существования освоила серийное производство широкой номенклатуры силовых полупроводниковых приборов, включающей:

  • Силовые модули на стандартных (частота до 3 кГц) диодах и тиристорах со структурой тиристор-тиристор, тиристор-диод, диод-тиристор, диод-диод. Приборы имеют предельно допустимое напряжение не ниже 1200 В, ряд номинальных токов 80, 100, 120, 160, 200, 250 А; выпускаются в стандартных корпусах 34%92 и 62%102 мм, которые соответствуют зарубежным аналогам ведущих мировых производителей. Все приборы обладают высокой устойчивостью к скорости изменения напряжения (до 1000 В/мкс), а также малыми утечками — в закрытом состоянии менее 1 мА), а тиристорные структуры обладают малыми токами управления, напряжение изоляции этих приборов составляет 2500 В (4000 В пикового значения). Кристаллы тиристоров и диодов, используемые в этих модулях и других приборах, о которых будет сказано ниже, имеют высококачественную стеклопассивацию, обладающую хорошими изоляционными свойствами и устойчивостью к циклическим воздействиям температуры, что обусловливает широкий температурный диапазон (от –60 до +100 °С) для этих приборов и гарантию наработки до 100000 часов. Эти показатели присущи и всем остальным приборам, о которых будет сказано ниже.
  • Силовые тиристорные модули в стандартных корпусах 34%92 и 62%102 мм, со структурой тиристортиристор, тиристор-диод и диод-тиристор на токи 80, 100, 120, 160, 200 и 250 А со встроенными оптронными развязками с напряжением изоляции не хуже 4000 В пикового значения. Токи управления тиристорами составляют порядка 10 мА.
  • Силовые модули со структурой диод-диод (с последовательным соединением и общим катодом) на основе высоковольтных диодов Шоттки с напряжением 800 В и рабочими токами 100, 150, 200 А или одиночный диод Шоттки с напряжением 1600 В и током 100, 150, 200, 300 или 400 А. Эти диоды могут работать на частотах до 200 кГц и имеют падение напряжения менее 1 В, в отличие от стандартных диодов с падением в 1,5 В.
  • Однофазные и трехфазные управляемые, полууправляемые и неуправляемые мосты на стандартных тиристорах и диодах и диодах Шоттки с напряжением до 800 В с рабочими токами 63, 100, 160, 250 А. Управляемые мосты выпускаются в том числе и с уп- равлением через встроенные оптроны.
  • Модули на встречно-включенных тиристорах для коммутации цепей переменного тока, на одну или три фазы, в том числе с оптронным управлением и управлением каждым тиристором по отдельному входу.
  • Модули на основе полевых транзисторов и IGBT с рабочими напряжениями 60, 100, 200, 400, 600, 1200 В со структурой Н-мост, 3-фазный инвертор с дополнительным чопером, два Н-моста на токи 1, 3, 5, 10, 15, 25, 50, 75, 100 А, в том числе такие модули могут содержать в своем составе низкоомные (менее 1 мОм) безындуктивные резисторы для измерения токов в шинах питания и фазовых шинах.
  • Твердотельные оптоэлектронные реле для коммутации цепей переменного тока, выполненные на тиристорах с предельно допустимым напряжением 1200 В на одну или три фазы с номинальными токами 63, 100, 120 А (для однофазных и трехфазных реле) и 160, 200, 250 А (для однофазных реле).
  • Твердотельные оптоэлектронные реле для коммутации цепей постоянного тока, выполненные на полевых транзисторах и IGBT с рабочими напряжениями 60, 100, 200, 400, 600, 1200 В на токи 1, 3, 5, 10, 15, 25, 50, 75, 100, 150 и 200 А.
  • Твердотельные реле для цепей постоянного тока, но имеющие гальваническую развязку трансформаторного типа время включения около 1 мкс и высокую устойчивость к импульсным нагрузкам (до 10 значений номинального тока).
  • Драйверы мощных полевых и IGBT-транзисторов модульного исполнения для управления транзисторами с рабочими токами 50–2500 А и рабочими напряжениями 60–6500 В как для одиночных транзисторов, так и для полумостовых сборок со встроенными DC/DC-преобразователями.

Драйверы обеспечивают:

– гальваническую (оптронную) высоковольтную развязку сигналов управления и состояния;

– контроль напряжения насыщения на коллекторе управляемого транзистора;

– регулировку порога защитного отключения по напряжению насыщения;

– активную защиту от перенапряжений на транзисторе;

– запрет контроля напряжения насыщения во время активного состояния управляемого транзистора и регулировку длительности такого запрета;

– регулировку времени включения и выключения транзистора;

– контроль уровня питающих напряжений драйвера;

– плавное выключение транзистора при «аварии»;

– блокировку управления при «аварии» и регулировку длительности такой блокировки;

– блокировку одновременного включения верхнего и нижнего плеча полумоста и регулировку длительности блокировки.

  • Драйверы мощных тиристоров (до 6500 В, 5000 А) со встроенными DC/DC-преобразователями и гальванической (оптронной) развязкой цепей управления и состояния.
  • Модули регуляторов мощности с рабочими токами от 20 до 250 А и управлением по стандартным токовым интерфейсам 0–5, 0–10 В, 4–20 мА с прямой и обратной характеристиками регулирования.
  • Интеллектуальные модули коммутации контроля цепей питания постоянного тока с контролем токовременной характеристики нагрузки, оптронной развязкой цепей управления и состояния, которые содержат ключ на полевом транзисторе или IGBT с напряжениям 60, 100, 200, 400, 600 или 1200 В и рабочим током 1, 3, 5, 10, 15, 25, 50, 75, 100, 150, 200 А и соответствующий токоизмерительный безындуктивный резистор, а также DC/DC-преобразователь и схемы ограничения тока и аварийной блокировки.
  • Мощные безындуктивные токоизмерительные резисторы сопротивлением от 0,1 до 10 мОм и мощностью до 200 Вт.

Кроме вышеперечисленных изделий на предприятии разработаны и выпускаются интеллектуальные малогабаритные модули для спецтехники и общепромышленного исполнения широкой номенклатуры для управления коллекторными, асинхронными, вентильными, вентильно-индукторными двигателями. В состав модуля входят необходимые силовые клю-чевые элементы (кристаллы полевых транзисторов, IGBT, тиристоров, диодов), размещенные на керамической высокотеплопроводной подложке с необходимыми межсоединениями, реализующими схемы Н-мостов, трехфазных инверторов, выпрямителей и т. д. с необхо- димыми уровнями тока. На подложке также могут быть размещены безындуктивные токоизмерительные низкоомные резисторы (от 0,1 мОм) для контроля тока в необходимых цепях. Также в состав модулей входит цифроаналоговая схема управления, реализующая алгоритм работы двигателя. Такая схема содержит необходимые драйверы транзисторов, источники питания, схемы ШИМ-управления транзисторами, логику управления двигателем и необходимые интерфейсные схемы для управления скоростью, направлением вращения, схемы обработки датчиков обратных связей, встроенные DC/DC-преобразователи для питания внутренних элементов, фильтры и ограничители цепей питания и входных цепей. Модули предназначены для работы как в низковольтных системах, так и в высоковольтных (используются силовые элементы с предельно допустимым напряжением 100, 200, 400, 600, 1200 В).

Номенклатура выпускаемых приборов для управления двигателями включает следующие типы приборов:

  1. Модули управления коллекторными двигателями переменного тока мощностью до 10 кВт для электроинструмента и бытовой электротехники, которые обеспечивают:
    • плавный пуск двигателя;
    • стабилизацию скорости вращения двигателя на холостом ходу и под нагрузкой;
    • контроль тока двигателя;
    • защиту от КЗ;
    • контроль токо-временной характеристики работы двигателя;
    • повторный пуск при прерывании тока силовой цепи;
    • защиту по цепи питания;
    • защиту от перегрева;
    • номинальные токи двигателя 1, 3, 5, 10, 20 А.

    Модули мощностью до 3 кВт выпускаются в виде печатной платы необходимой геометрии для встраивания в конструкцию управляемого прибора или в виде герметичного пластмассового модуля с габаритами 25%45%12 мм.

    Модули мощностью до 10 кВт выпускаются в пластмассовом герметичном корпусе с габаритами 45%58%25 мм.

  2. Модули управления:
    • коллекторными двигателями постоянного тока с рабочими токами 1, 3, 5, 10, 15, 20, 40, 60, 100, 150, 200, 400 А и рабочими напряжениями от 12 до 600 В, которые обеспечивают изменение и стабилизацию скорости двигателя, контроль тока двигателя и защиту от перегрузок, торможение и останов двигателя, изменение направления вращения;
    • 3-фазными вентильными двигателями на постоянных магнитах с датчиками положения, 3-фазными вентильными двигателями на постоянных магнитах без датчиков положения (обратная связь по положению ротора осуществляется по наведенной ЭДС), 2-фазными вентильными двигателями на постоянных магнитах и вентильноиндукторными двигателями, которые обеспечивают изменение и стабилизацию скорости двигателя, изменение направления вращения двигателя, пуск и останов двигателя, защиту перегрузки и перегрева.

    Такие модули выпускаются в корпусах герметичной конструкции с габаритами от 50%75%15 мм до 75%110%30 мм.

  3. Модули управления 3-фазными асинхронными двигателями мощностью 0,1–1,5; 1,5–3,5; 5–15 кВт. Данные модули обеспечивают старт и останов двигателя, режим мяг-кого пуска двигателя с контролируемым ускорением, регулирование скорости по скалярному алгоритму, изменение направления вращения двигателя, плавное выключение двигателя с контролируемым замедлением, защиту электродвигателя от изменения напряжения питающей сети, токовых и тепловых перегрузок, КЗ, возможность задания параметров работы преобразователя в ручном режиме или с помощью внешнего компьютера или контроллера через интерфейс RS232, возможность изменения частоты ШИМ-преобразователя, задание скорости по стандартным аналоговым интерфейсам (0–5 В, 0–10 В, 4–20 мА).
  4. Модули корректора фактора мощности для питания двигателей постоянного тока однофазной или трехфазной сети переменного тока. Данные модули обеспечивают «гладкую» синусоиду для всех выпускаемых модулей управления двигателями постоянного тока. В 2005 году «Электрум АВ» планирует дополнить свою номенклатуру следующими классами приборов:
    • модулям управления вентильно-индукторными двигателями мощностью до 3,5 кВт для электроинструмента с питанием от сети 220 В;
    • модулям управления коллекторными и вентильными двигателями доля сервоприводов;
    • модулям управления электродвигателями большой мощности для электрокаров и электротележек;
    • модули плавного пуска и реверсивного управления 3-фазными асинхронными двига- телями до 15 кВт;
    • 4-, 6- и 7-ключевыми модулями на DC/DC и полевых транзисторах со встроенными драйверами с накачкой заряда (без DC/DC) и датчиками токов и потенциалов для построения векторных приводных систем;
    • модулям высоковольтных (до 25 кВт) IGBT со встроенными драйверами;
    • модули высоковольтных (до 25 кВт) диодов Шоттки;
    • термореле с одной и двумя установками температуры.

    Накопленный специалистами «Электрум АВ» опыт в области силовой электроники позволяет предприятию занимать лидирующие позиции в части драйверных устройств для управления тиристорными и транзисторными (IGBT) силовыми устройствами, а также интегрированных систем, содержащих как силовые ключи, так и схемы управления ими. Выпускаемая предприятием номенклатура приборов позволяет решить практически любую задачу в следующих областях силовой техники:

    • электроприводы;
    • источники питания;
    • сварочные преобразователи;
    • преобразователи электроэнергии;
    • коммутационная техника;
    • защитные устройства и т. д.

    Основная цель предприятия — обеспечение отечественных производителей и разработчиков силовой электроники полупроводниковыми элементами высочайшего качества с параметрами, соответствующими или превосходящими лучшие мировые образцы, по низким ценам. На предприятии используется единая система обеспечения качества для промышленных приборов и приборов военного назначения с контролем качества на каждой технологической операции.

    На предприятии используются следующие основные технологии:

    • тонкопленочная гибридная;
    • толстопленочная гибридная;
    • технология создания керамических подложек с толстой (до 300 мкм) медной металлизацией с рисунком высокого разрешения (до 0,3 мкм);
    • технология разработки и изготовления цифроаналоговых БИ-КМОП, интегральных схем на основе высоковольтного (±15 В) БМК;
    • технология многокристального монтажа полупроводниковых элементов (до 200 элементов на подложке 30%40 мм) с разваркой кристаллов алюминиевой или золотой проволокой;
    • технология поверхностного монтажа;
    • технология сборки силовых узлов с применением пайки мягкими припоями и разварки алюминиевой проволокой до 500 мкм;
    • технология корпусирования с применением высокоадгезионных кремнийорганических компаундов;
    • технология корпусирования в стандартные и нестандартные металлостеклянные корпуса;
    • технология изготовления нестандартных металлостеклянных корпусов герметичной конструкции;
    • технология химического фрезерования деталей с разрешением до 10 мкм, в том числе изготовление трафаретов для поверхностного монтажа и «выводных рамок» из стали, никеля, меди толщиной до 300 мкм для монтажа полупроводниковых приборов;
    • технология низкоомных (<1 мОм) безындуктивных резисторов большой мощности (до 100 Вт).

    Использование технологий тонкопленочных и толстопленочных гибридных сборок и полупроводниковых элементов цифровой, аналоговой и оптоэлектроники позволяет создавать уникальные элементы с параметрами, соответствующими лучшим зарубежным образцам или даже превосходящими их.

    Малые габариты элементов силовой электроники позволяют встраивать их в исполнительные устройства электротехнических систем (двигатели, клапаны, насосы и т. д.), обеспечивая их высокий технический уровень.

    Предприятие проводит разработки элементов силовой электроники как общепромышленного, так и специального применения (в системах вооружений и других ответственных отраслях).

Скачать статью в формате PDF  Скачать статью Компоненты и технологии PDF

 


Сообщить об ошибке