Что такое силовая электроника

Литература

1. П. Ньюман, А. Колпаков, «Новое поколение компактного модуля привода SKAI 2». Компоненты и Технологии №9, 2010.

2. А. Колпаков, «SKiiP 4 — новая серия IPM для применений высокой мощности». Силовая Электроника №4, 2009.

3. К. Гебл, «Технология низкотемпературного спекания в силовых модулях». Компоненты и Технологии №7, 2009.

4. А. Колпаков, «О термоциклах и термоциклировании». Силовая Электроника №2, 2006.

5. А. Колпаков, «SKiN технология — Силовая Электроника завтрашнего дня». Силовая Электроника №1, 2013.

6. А. Колпаков, «Оптимизация характеристик силовых модулей для сложных условий эксплуатации». Силовая Электроника №1, 2008.

•••

Транспортный привод: надежность, компактность и высокая эффективность

Хорошие массогабаритные показатели при высокой надежности, а также способность работать в условиях жестких климатических и механических воздействий — вот основные отличия современного транспортного привода. Чтобы удовлетворить этим требованиям, компания SEMIKRON отошла от традиционных методов построения силовых полупроводниковых модулей и в начале 90 гг. создала технологию прижимного контакта — SKiiP.

На рисунке 1 показана одна из последних разработок SEMIKRON — интеллектуальный блок привода SKAI 2 . Его конструкция является примером удачного компромисса электрических, механических и тепловых характеристик. Модуль SKAI 2 представляет собой полностью законченную систему, содержащую силовой каскад, схему управления и защиты, специализированный контроллер, теплоотвод. При минимальных размерах (объем 5,7 л) блок обеспечивает требуемые для данного применения мощностные характеристики, его показатели надежности соответствуют новейшим европейским транспортным стандартам.

Рис. 1. Интеллектуальные модули привода SKAI 2: а) высоковольтная (HV) и б) низковольтная (LV) версии

Эффективное значение выходного тока инвертора SKAI 2 LV составляет 400 А при напряжении питания до 200 В. Привод может быть смонтирован непосредственно на ведущей оси, при этом он способен работать при вибрационных воздействиях до 12g, ударах с ускорением до 100g и температуре окружающей среды -40…85°C.

Все компоненты семейства SKAI построены на основе единой архитектуры, показанной на рисунке 2. Ядром системы является силовая секция, содержащая MOSFET или IGBT-инвертор, банк конденсаторов, датчики тока, напряжения и температуры, систему охлаждения и EMI-фильтр. Блок также содержит драйвер затворов со схемой защиты, изолированный источник питания и DSP-контроллер.

Рис. 2. Типовая архитектура SKAI

Модули SKAI могут поставляться с управляющим контроллером и без него, в первом случае система имеет программное обеспечение (ПО) QUASAR, осуществляющее векторный замкнутый контроль привода и гарантирующее непрерывное управление электрической машиной в широком диапазоне изменения магнитного поля. Контроллер QUASAR получает команды от центрального процессора по CAN-шине и конвертирует их в сигналы управления скоростью или моментом. В качестве исполнительного устройства может использоваться бесколлекторный DC-мотор, синхронная машина с постоянными магнитами или асинхронный двигатель. Существует возможность адаптации ПО в соответствии с техническими требованиями заказчика.

Элементы системы SKAI размещены в герметичном корпусе IP67, на котором находятся силовые терминалы для подключения питания и двигателя, сигнальный интерфейс CAN, а также вспомогательные аналоговые и цифровые выводы. Моторные сенсоры (температуры, положения и скорости) могут подключаться непосредственно к выводам модуля.

Высоковольтная версия SKAI 2HV мощностью до 250 кВт предназначена для применения в гибридо- и электромобилях, а также автомобилях и автобусах с гибридной силовой установкой. Она имеет жидкостное охлаждение, силовой инвертор построен на базе IGBT с рабочим напряжением 600 или 1200 В. В состав SKAI 2 HV входит новейший силовой модуль SKiM 93 прижимного типа, в котором полностью отсутствуют паяные соединения, а для установки чипов впервые использована технология низкотемпературного спекания. Устройство содержит звено постоянного тока на основе полипропиленовых конденсаторов, плату управления и защиты, DSP-контроллер последнего поколения, EMI-фильтр, а также датчики тока, напряжения и температуры.