Fil d'acier à faible teneur en carbone
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Module de la puissance élevée IGBT
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| Lieu d'origine | Japon |
| Nom de marque | SANREX |
| Certification | CE RoHS |
| Numéro de modèle | FRD100CA120 |
LeSanrex FRD100CA120 est une marqueIl s'agit d'un module d'alimentation à diodes à récupération rapide de 1200 V/100 A une des offres de modules de diodes à courant élevé établies par Sanrex pour l'électronique de puissance industrielle.
Dans les circuits de conversion de puissance, toutes les diodes ne sont pas égales. 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.
Pour la rectification lente à la fréquence du réseau, ce courant de récupération inverse est bref par rapport au temps de cycle et a peu de conséquence pratique.
pour les circuits de commutation à haute fréquence, où la tension appliquée s'inverse en microsecondes,l'impulsion de courant inverse d'une diode à récupération lente peut être aussi grande que le courant avant et durer assez longtemps pour court-circuiter le rail d'alimentation à travers l'interrupteur, générant des pics de courant destructeurs et dissipant une puissance significative.
Les diodes à récupération rapide sont construites avec différentes structures de semi-conducteurs et des durées de vie contrôlées pour réduire la charge stockée et accélérer le processus de récupération inverse.
Le résultat est une diode qui cesse de conduire dans la direction inverse en une fraction de microseconde plutôt que plusieurs microsecondes.
La tension de blocage de 1200 V du FRD100CA120 couvre la tension standard du bus de liaison CC des entraînements à 400 VAC à trois phases (avec le bus rectifié à environ 560 VDC plus marge de dératage),et la puissance de courant nominale de 100A le place dans le territoire des applications d'entraînement à moyenne puissance à fréquence variable, roue libre et redresseur.
Sanrex (une société de Shindengen) produit des modules à semi-conducteurs de puissance pour l'automatisation industrielle depuis les années 1970,et leurs modules de diodes de la série FRD sont reconnus dans la communauté de la servo-entraînement et de la maintenance des onduleurs comme des composants fiables aux caractéristiques électriques prévisibles.
Le FRD100CA120 s'adapte à l'empreinte internationale standard utilisée par Semikron, Infineon, Powerex,et d'autres grands fabricants de modules, un avantage pratique pour la maintenance du système lorsque le type de module original n'est pas disponible.
| Paramètre | Valeur |
|---|---|
| Le débit d'énergie de l'appareil doit être supérieur ou égal à: | Pour les appareils électroniques |
| Le coût de l'exploitation est calculé en fonction de l'évolution de l'activité. | 100A à Tc = 78°C |
| Vfm (tension maximale vers l'avant) | 1.80V |
| Ifsm (courant de pointe non répétitif) | Pour les appareils électroniques |
| I2t (valeur de fusion) | 16600 A2s |
| Tc à l'IF nominé | 78°C |
| Voltage d'isolation | Pour les appareils électroniques |
| Substrate | DCB (coupé directement au cuivre) |
| Largeur de base | 34 mm |
La valeur de 1200 V Vrrm définit la tension maximale que la diode bloque lorsqu'elle est orientée à l'envers sans décomposition par avalanche.
Dans un système 400VAC en trois phases, la tension rectifiée du bus CC est d'environ 565VDC.5×2 fois la tension de blocage appliquée en fonctionnement normal, avec une marge supplémentaire pour les transitoires), 1200V est la classe de tension appropriée pour les systèmes 400-480VAC.
Un dispositif de 600 V aurait une marge insuffisante pour les surtensions transitoires causées par la commutation de charge, les défauts de mise à la terre du moteur et les perturbations de la ligne.Un appareil de 1700V offre plus de marge mais à un coût plus élevé et généralement une tension avant légèrement plus élevée.
La valeur de 100 A Ifa spécifiée à la température du boîtier Tc = 78 °C définit le courant continu vers l'avant que le module gère sans dépasser la température limite de jonction.La température est critique.: la capacité de courant d'un module de diode dépend entièrement de la qualité de son élimination de la chaleur.
À Tc = 78°C (température de cas qui nécessite une gestion thermique adéquate, un dissipateur thermique, un matériau d'interface thermique et un refroidissement par air ou liquide adéquat), la diode conduit 100 A en continu.
Si la température du boîtier dépasse 78°C en raison d'un refroidissement insuffisant, le courant nominal doit être déduit en fonction de la courbe de déduction du module.
L'IFSM de 2000A définit la capacité du module à survivre à un courant de défaut de courte durée par exemple, la décharge d'une grande banque de condensateurs de liaison CC à travers un interrupteur défaillant dans un onduleur d'entraînement.Le I2t de 16,600A2s est la limite d'absorption d'énergie à laquelle la diode peut résister sans destruction, utilisée pour sélectionner le fusible approprié pour la protection contre le surcourant.
Le substrat DCB (Direct Copper Bonded) est le fondement de la fiabilité du module.et cette chaleur doit circuler à travers le substrat à la plaque de base, puis au dissipateur de chaleur.
Toute résistance thermique dans ce chemin augmente la température de jonction pour une dissipation de puissance donnée.
le substrat DCB lie les couches de cuivre directement à un isolant céramique (généralement de l'alumine Al2O3 ou du nitrure d'aluminium AlN) par un procédé de diffusion à haute température,créer une liaison métallurgique, pas d'adhésif entre le cuivre et la céramique.
Cette liaison directe a une résistance thermique inférieure et une meilleure résistance à la fatigue thermique que les anciens substrats céramiques soudés ou liés à l'époxy.
Comme le module chauffe et refroidit à travers de nombreux cycles de fonctionnement au cours des années de service,le substrat DCB maintient sa connexion thermique tandis que les structures liées par soudure peuvent développer des vides et des délaminations qui augmentent la résistance thermique et entraînent éventuellement une défaillance prématurée.
Le substrat DCB assure également l'isolation de 2500 V entre les dispositifs semi-conducteurs (opérant au potentiel de bus CC) et la plaque de base (montée sur le dissipateur de chaleur,généralement au potentiel au sol dans le système).
Cette isolation permet de monter le module directement sur un dissipateur de chaleur métallique sans coussin d'isolation supplémentaire dans la plupart des installations.
Les applications typiques du FRD100CA120 dans l'électronique de puissance à entraînement à fréquence variable et à entraînement servo comprennent plusieurs positions de circuit distinctes:
Diodes à roue libre dans le pont d'inversion:Dans un onduleur PWM en trois phases, chaque interrupteur IGBT est associé à une diode à roue libre (anti-parallèle).le courant inducteur du moteur continue à circuler à travers la diode à roue libre jusqu'à la prochaine commutation.
Ces diodes doivent se remettre rapidement de leur état de conduction avant lorsque l'IGBT s'allume à nouveau. Si leur récupération est lente, le courant inverse traverse l'IGBT pendant la durée de récupération.augmentation des pertes de commutation et des contraintes sur l'IGBT.
Une récupération rapide est donc une exigence de base pour les diodes à roue libre d'un onduleur.
Le freewheeling de l'étape de renforcement dans les circuits PFC:Les circuits de correction du facteur de puissance actif utilisent une topologie de convertisseur de boost où une diode rapide dans le stade de sortie de boost bloque la tension rectifiée et conduit le courant d'induction.La diode commute à la fréquence de commutation du convertisseur de boost, généralement de 20 à 100 kHz, nécessitant une récupération rapide pour minimiser les pertes et l'EMI conduit.
Le freinage de l'hélicoptère à roue libre:Dans les systèmes d'entraînement avec un chopper de freinage (un interrupteur qui dissipe l'énergie de freinage dans une résistance lorsque la tension de liaison CC augmente),une diode à roue libre est connectée à travers l'interrupteur de chopper pour permettre au courant inducteur de la résistance de freinage de recirculer pendant la période d'arrêt du chopper.
Q1: Quelle est la différence entre une diode de récupération rapide et une diode ultra-rapide, et dans quelle catégorie se situe le FRD100CA120?
La différence réside principalement dans le temps de récupération inverse (trr) le temps entre l'inversion du courant de la diode et le blocage complet de la diode.Les diodes de récupération rapide ont généralement des valeurs trr dans la gamme de 100 à 500 nanosecondes, tandis que les diodes ultra rapides atteignent un trr inférieur à 100 ns.
La trr exacte du FRD100CA120 est spécifiée dans la fiche de données Sanrex la désignation de la série FRD indique une récupération rapide.Pour des fréquences de commutation allant jusqu'à environ 20 kHz (communes dans le PWM industriel), les diodes à récupération rapide sont généralement adéquates.
Pour les fréquences plus élevées (supérieures à 50 kHz) dans les convertisseurs haute performance, les diodes ultra rapides ou SiC Schottky peuvent être préférées pour réduire davantage les pertes de commutation.
Q2: L'IFSM est de 2000A. Cette diode peut-elle résister à un court-circuit de liaison CC sans protection?
Non, l'IFSM représente la capacité de la diode à survivre à un seul coup.impulsion courte de courant 0,3 ms ou 10 ms selon les normes CEI).
Un court-circuit de liaison CC dans un système d'entraînement peut fournir des courants de défaut soutenus bien supérieurs à 2000A, et la valeur I2t (16,600A2s) définit la limite d'énergie absorbée par la diode avant destruction.
Le système de protection des semi-conducteurs fusibles en amont, détection de désaturation des conducteurs de porte IGBT,ou des réacteurs à limite de courant doivent éliminer le défaut avant que l'énergie à travers la diode ne dépasse sa valeur nominale I2t.
La sélection des fusibles pour la protection des diodes utilise la valeur I2t pour choisir un fusible dont la valeur de débit I2t est inférieure à celle de la diode.
Q3: Le FRD100CA120 est-il un équivalent direct de modules similaires d'autres fabricants tels que Semikron, Infineon ou Powerex?
Les capacités électriques du FRD100CA120 (1200V, 100A, 1.80V de tension avant) et l'empreinte standard de l'emballage avec une largeur de base de 34 mm sont compatibles avec l'emballage standard international utilisé par les modules de Semikron (SKE100/16, par exemple), Infineon (DD100N12K), et Powerex dans la même classe de notation.
Les dimensions de montage mécanique et les positions des terminaux dans ce package standard sont généralement cohérentes entre les fabricants, ce qui facilite le remplacement croisé.
Toutefois, les paramètres électriques notamment le temps de récupération inverse (trr), la charge de récupération (Qrr),et la résistance thermique de la jonction à l'enveloppe (Rth ((j-c)) doivent être comparées entre la spécification originale et le module de remplacement pour confirmer la compatibilité dans le circuit d'application spécifique.
Les modules de différents fabricants appartenant à la même classe de qualification peuvent avoir des caractéristiques dynamiques différentes.
Q4: Comment le module FRD100CA120 doit-il être monté pour atteindre une capacité de courant nominal?
La puissance nominale de 100 A à Tc = 78 °C exige que la température de la plaque de base du module soit maintenue à ou inférieure à 78 °C dans des conditions de fonctionnement à pleine charge.
Pour ce faire, il est nécessaire de disposer d'un matériau d'interface thermique (graisse thermique ou tampon thermique pré-coupé) entre la plaque de base du module et le dissipateur de chaleur afin de minimiser la résistance thermique au contact.une résistance thermique adéquate du dissipateur de chaleur pour la dissipation totale de la puissance (à 100 A de courant avant avec Vfm = 1.80V, la perte de conduction est d'environ 180W); et un débit d'air suffisant sur les nageoires des dissipateurs de chaleur.
Les vis de montage doivent être serrées au couple spécifié dans la fiche Sanrex afin d'assurer une pression de contact thermique uniforme sans endommager le substrat céramique du module.
Q5: La fiche de données spécifie I2t de 16 600A2.
L'I2t (intégrale du courant au carré par rapport au temps) est l'énergie thermique que la jonction de silicium de la diode absorbe lors d'un événement de surcourant.Les fusibles sont classés avec un débit maximal de I2t ∙ l'énergie qu'ils transmettent pendant leur temps de dégagement.
Pour que la diode puisse survivre à une défaillance nettoyée par son fusible en amont, la valeur de débit I2t du fusible doit être inférieure à la valeur de débit I2t de la diode de 16 600A2.
Les tableaux de sélection des fusibles figurant dans les catalogues du fabricant énumèrent les valeurs de débit I2t pour les différentes qualités des fusibles et les niveaux de courant de défaut,permettant à l'ingénieur en protection de vérifier que le fusible sélectionné protège la diode.
Un fusible avec un I2t supérieur à 16 600A2 permettrait d'avoir suffisamment d'énergie à travers la diode pendant le nettoyage pour la détruire avant l'ouverture du circuit.
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