Отечественная Plug and Play сборка на базе драйверного ядра ДР8/1700 от АО «Ангстрем»

Рисунок 1 ─ Комплект Plug and Play. 1 ─ драйвер ДР8/1700, 2 ─ адаптер АДР 1200/1700, 3 ─ cиловой IGBT модуль в корпусе МПК-62-3.

Импортозамещение

В 2021 году наблюдается значительный дефицит кристаллов и чипов на мировом рынке, значительно увеличены сроки поставки из Юго-Восточной Азии. В некоторых отраслях поставки электронных компонентов стали лимитирующим производство фактором. Учитывая, что IGBT драйверы и силовые модули используются во многих критичных для государства областях промышленности, электроснабжении, транспорте, для газо- и нефтедобычи, возможность выбора отечественного аналога, не уступающего импортным вариантам исполнения, определяет независимость и возможность бесперебойной работы вышеупомянутых отраслей.

В данной статье приводится краткое описание одного из таких решений – все используемые компоненты разработаны и произведены в России, на АО «Ангстрем».

Системы с длительным жизненным циклом

Эксплуатация электротранспорта, судов, систем жизнеобеспечения городов, систем управления промышленных предприятий требует постоянного технического обслуживания в течение всего жизненного цикла, который составляет несколько десятков лет. В этих условиях особую важность приобретает простота замены комплектующих и пост гарантийного техобслуживания.

Комплект Plug and Play в составе драйвера, адаптера и силового IGBT модуля позволяет заменять импортные драйверы управления или силовые модули по отдельности, без замены всей системы. Это позволит гарантировать поставки комплектующих, а также снизить эксплуатационные расходы.

Силовые модули

АО «Ангстрем» - единственное в России предприятие, выпускающее широкую линейку IGBT и FRD кристаллов, а также силовых модулей на их основе. Серийно выпускаются силовые модули 148 типов в корпусах МПК-30, МПК-34, МПК-62, МПК-62-2.

В июле 2021 года было запущено серийное производство модулей в компактном корпусе МПК-62-3 с габаритами 152х62х17 мм, аналогичном корпусу EconoDUAL. Для компактного монтажа драйвера управления на данный тип корпуса IGBT-модуля был разработан адаптер АДР 1200/1700 (рис. 1)

Адаптер АДР 1200/1700

Адаптер АДР 1200/1700 представляет собой печатную плату, содержащую все необходимые компоненты для оптимального подключения драйвера ДР8/1700 к корпусу силового модуля (см. рисунок 2). Адаптер обеспечивает конструктивную привязку драйвера управления к IGBT модулю в форм-факторе EconoDUAL, дает возможность избавиться от дополнительных переходных разъемов и длинных проводов. Такое конструктивное решение позволяет радикально снизить паразитную индуктивность в цепи управления затвор-эмиттер. Паразитная индуктивность усиливает пики напряжения в цепи затвор-эмиттер, коллектор-эмиттер, увеличивает потери при переключении, что негативно сказывается на надежности работы модулей, тепловыделении, плотности компоновки и массогабаритных характеристиках конечных изделий.

Корпус МПК-62-3, с установленным адаптером АДР 1200/1700 и драйвером ДР8/1700, позволяет увеличить эффективность теплоотвода, существенно повысить плотность компоновки и реализовать возможность Plug-and-Play.   Не учитывая габариты разъема, габариты сборки по высоте составляют всего 30 мм.

Адаптер имеет канал подключения внешнего устройства для мониторинга температуры корпуса при стабильных режимах работы силовых преобразовательных устройств. Для реализации этой возможности в IGBT-модули в корпусе МПК-62-3 встроены NTC-резисторы.

Адаптер АДР 1200/1700 в свой состав включает:

• Цепочку шунтирующих TVS-диодов для защиты от перенапряжений по принципу ограничения импульса напряжения (gate clamping & active clamping);
• Цепь резисторов для прецизионного контроля Vce(sat)  для защиты от короткого замыкания;
• Затворные резисторы (RGon & RGoff) для установки тока заряда затвора IGBT;
• Входной разъем для подключения сигналов управления.

Комплектация

Рисунок 3. Адаптер АДР 1200/1700 в комплекте поставки.
1 - затворные резисторы, 2 - защитные диоды схемы активного клемпинга,
3 - цепь резисторов контроля Vce, 4 – канал подключения для мониторинга температуры корпуса IGBT-модуля, 5 - входной разъем.

Функциональная схема устройства Plug-and-Play приведена на Рисунке 4.

Рисунок 4. Функциональная схема устройства Plug-and-Play на базе драйвера ДР8/1700, адаптера АДР1200/1700 и IGBT-модуля.

Тест на устойчивость к сдвоенному импульсу включен в 100% контроль для оценки динамического поведения IGBT-модулей после сборки в корпус.

Сдвоенный импульс – это метод измерения динамических параметров переключения и оценки динамического поведения.

100% контроль оценки динамического поведения IGBT-модулей AnM450HBE12M проводится с использованием драйвера ДР8/1700 и согласующего адаптера АДР1200/1700 на стенде измерения динамических параметров с регулируемым импульсом мощности через индуктивную нагрузку.

Общий вид IGBT-модулей на измерительном стенде, при проведении дополнительного 100% контроля на сдвоенный импульс для оценки динамического поведения на предельно допустимом токе коллектора, приведен на рисунке 5.

• Напряжение  600 В
• Амплитуда импульсов управления +15/-8В;
• Индуктивная нагрузка в режиме непрерывного тока 300 А;
• Последовательное сопротивление в цепи затвора 20 Ом;
• Температура окружающей среды 25 ±10°С.

При проведении дополнительного контроля использовались измерительные средства:

• Осциллограф цифровой запоминающий LeCroy HDO4034;
• Источник питания МЕГЕОН 30305;
• Генератор сигналов Rigol DG4102;
• Пассивный пробник LeCroy PPE 4kV + PP017;
• Измеритель тока LeCroy T3RC3000.

На рисунке 6 представлена типовая осциллограмма полного цикла переключения IGBT-модуля при проведении  дополнительного контроля на сдвоенный импульс.

Рисунок 6. Полный цикл переключения AnM450HBE12M при T = 25 °C.

1 – Напряжение затвор-эмиттер (Vge); 2 – напряжение коллектор-эмиттер (Vce), 3 – ток коллектора (Ic).

АО «Ангстрем» - один из старейших производителей отечественной ЭКБ, лидер в производстве силовой электроники в России. Более 10000 типов микросхем и полупроводниковых приборов было разработано и освоено в серийном производстве за более чем 55-летнюю историю предприятия.

Адаптер АДР1200/1700 позволяет решить важную задачу импортозамещения, поскольку позволяет заменять драйверы и IGBT поэтапно и не зависимо друг от друга.

Сборка драйвер-адаптер-модуль АО «Ангстрем» может входить в состав других устройств, существенно повышая их уровень локализации:

• Системы управления электродвигателями,
• Преобразователи частоты,
• Источники питания,
• Преобразователи для высоковольтных линий электропередач,
• Преобразователи переменного/постоянного тока
• Бытовая техника (Стиральные машины, кондиционеры, холодильники, вентиляторы, насосы и др.).

Производственные мощности и центры разработки АО «Ангстрем» позволяют создавать не только электронные компоненты, но и функциональные блоки, не уступающие по характеристикам импортным аналогам. Гибкость производства и ориентированность на отечественный рынок делают возможной адаптацию выпускаемой продукции и разработку новых изделий под нужды отечественных предприятий. АО «Ангстрем» приглашает к сотрудничеству российские компании, как в рамках программ замещения импорта, так и для обеспечения бесперебойности поставок комплектующих.

Сергей Мельник melnikSA@angstrem.ru

Ярослав Вренев Vrenev@angstrem.ru

Станислав Клейн klein@angstrem.ru