Модуль питания или модуль электроники питания обеспечивает физическое удержание нескольких компонентов питания , обычно силовых полупроводниковых приборов . Эти силовые полупроводники (так называемые матрицы ) обычно припаиваются или спекаются на силовой электронной подложке , которая несет силовые полупроводники, обеспечивает электрический и тепловой контакт и электрическую изоляцию , где это необходимо. По сравнению с дискретными силовыми полупроводниками в пластиковых корпусах, такими как TO-247 или TO-220 , силовые пакеты обеспечивают более высокую плотность мощности и во многих случаях более надежны.
Помимо модулей, содержащих один силовой электронный переключатель (например, MOSFET , IGBT , BJT , тиристор , GTO или JFET ) или диод , классические силовые модули содержат несколько полупроводниковых кристаллов, которые соединены для формирования электрической цепи определенной структуры, называемой топологией. Модули также содержат другие компоненты, такие как керамические конденсаторы для минимизации перенапряжения переключения и термисторы NTC для контроля температуры подложки модуля. Примерами широко распространенных топологий, реализованных в модулях, являются:
В дополнение к традиционным винтовым контактам электрическое соединение между модулем и другими частями силовой электронной системы может также быть достигнуто с помощью штыревых контактов (припаянных к печатной плате ), пресс-контактов, впрессованных в переходные отверстия печатной платы , пружинных контактов, которые по своей сути нажимают на контактные области печатной платы или чистого прижимного контакта, где коррозионно-стойкие поверхности непосредственно прижимаются друг к другу. [4] Пресс-контакты достигают очень высокой надежности и облегчают процесс монтажа без необходимости пайки. [5] По сравнению с пресс-соединениями, пружинные контакты имеют то преимущество, что позволяют легко и неразрушающе снимать соединение несколько раз, например, для осмотра или замены модуля. [6] Оба типа контактов имеют довольно ограниченную токонесущую способность из-за их сравнительно малой площади поперечного сечения и небольшой контактной поверхности. Поэтому модули часто содержат несколько штырей или пружин для каждого из электрических соединений питания.
В настоящее время основное внимание в НИОКР уделяется снижению стоимости, повышению плотности мощности , повышению надежности и сокращению паразитных сосредоточенных элементов. Эти паразитные элементы представляют собой нежелательные емкости между частями схемы и индуктивности дорожек схемы. Оба могут оказывать отрицательное воздействие на электромагнитное излучение ( ЭМИ ) модуля, если он работает, например, как инвертор. Другая проблема, связанная с паразитными элементами, заключается в их отрицательном влиянии на поведение переключения и потери переключения силовых полупроводников. Поэтому производители работают над минимизацией паразитных элементов своих модулей, сохраняя при этом низкую стоимость и поддерживая высокую степень взаимозаменяемости своих модулей с модулями второго источника (другого производителя). Еще одним аспектом оптимизации является так называемый тепловой путь между источником тепла (матрицами) и радиатором. Тепло должно проходить через различные физические слои, такие как припой, DCB, базовая пластина, материал теплового интерфейса ( TIM ) и основную часть радиатора, пока оно не будет передано газообразной среде, такой как воздух, или жидкой среде, такой как вода или масло. Поскольку современные силовые полупроводники на основе карбида кремния демонстрируют большую плотность мощности, требования к теплопередаче возрастают.
Силовые модули используются в оборудовании для преобразования энергии, таком как промышленные электроприводы , встраиваемые электроприводы, источники бесперебойного питания , источники питания переменного и постоянного тока , а также источники питания в сварочных аппаратах.
Силовые модули также широко используются в инверторах для возобновляемых источников энергии, таких как ветряные турбины , солнечные панели, приливные электростанции и электромобили (ЭМ).
Первый беспотенциальный силовой модуль был представлен на рынке компанией Semikron в 1975 году. [7] Он все еще находится в производстве, что дает представление о жизненных циклах силовых модулей.
{{cite book}}: |work=проигнорировано ( помощь )