Con un'infrastruttura industriale che invecchia, i driver IGBT affidabili sono più importanti che mai

2 giorni fa p Gary Elinoff Quando si tratta di un'infrastruttura statunitense obsoleta, in particolare per applicazioni industriali e di trasmissione di energia, l'alta tensione e l'elevata affidabilità sono fondamentali. Nonostante ciò, non molte aziende offrono parte dell'hardware specifico necessario per gestire questi carichi. Un'azienda che offre soluzioni hardware per queste applicazioni è Power Integrations, che ha annunciato il suo driver più recente per i moduli IGBT (PPI) press-pack ad alta tensione.
1SP0351 è progettato per pilotare moduli IGBT (PPI) da 4500 V, che i progettisti possono trovare tramite ABB, Toshiba e Westcode. Power Integrations chiama specificamente queste tre società come partner target per il loro nuovo gate driver. Questo prodotto, quindi, rappresenta una situazione in cui un'azienda di semiconduttori si sta impegnando per soddisfare le esigenze delle applicazioni industriali.
1SP0351 è progettato per essere compatibile plug-and-play con i moduli IGBT (PPI) di questi principali produttori. I transistor bipolari a gate isolato (IGBT) svolgono un ruolo fondamentale nella moderna tecnologia di energia elettrica, e li vedremo in seguito. Ma, per ora, perché devono essere "guidati"? Come descritto da Texas Instruments, un gate driver è un "amplificatore di potenza che accetta un input a bassa potenza da un controller IC e produce il gate drive ad alta corrente appropriato per un MOSFET di potenza.
" Come Robert Keim descrive nel suo articolo su un gate driver IGBT isolato di Analog Devices, un designer può accendere e spegnere un IGBT attraverso il suo gate, che, come descritto in precedenza, appare come un condensatore della circuità che lo guida. Ma accendere e spegnere l'IGBT richiede di caricare e scaricare quella struttura capacitiva. In quanto dispositivi ad alta potenza, gli IGBT sono strutturalmente grandi, così come la capacità del gate.
Per accendere e spegnere l'IGBT alle alte velocità richieste sono necessarie molte più correnti di quelle che un tipico stadio di uscita digitale può offrire. Pertanto, è necessario un driver IGBT che funga da intermediario per il potenziamento della potenza tra il potente IGBT e il segnale digitale a bassissima potenza che lo controlla. I transistor di potenza a gate isolato (IGBT) svolgono oggi un ruolo centrale nelle applicazioni di potenza ad alta tensione. Qui vengono impiegati come dispositivi di commutazione, operando nel raggio di kilovolt e centinaia o addirittura migliaia di ampere. Hanno applicazioni in una vasta gamma di applicazioni industriali, operazioni ferroviarie e veicoli elettrici, che sembrano essere le industrie che Power Integrations sta prendendo di mira con i loro nuovi driver IGBT. Gli IGBT svolgono un ruolo importante nella rete elettrica in continua espansione.
Sono particolarmente strumentali nei compensatori sincroni statici (STATCOM). Le STATCOM fanno parte di un sistema di trasmissione CA flessibile (FACTS), che serve a mantenere l'affidabilità delle reti CA. Quando vedi aumentare la capacità di trasferimento di energia, puoi aspettarti che anche la controllabilità migliorerà.
Poiché anche gli IGBT ad alta potenza sono affidabili, questi semiconduttori sono considerati un componente critico nella ricostruzione dell'invecchiamento dell'infrastruttura elettrica della rete elettrica statunitense. Il futuro è ancora più entusiasmante con il ruolo crescente delle energie rinnovabili nel sistema di generazione di energia. Le fonti rinnovabili sono per natura variabili e alquanto imprevedibili.
Si prestano a trasmissioni DC ad alta tensione basate su convertitori di sorgenti di tensione (VSC-HVDC), che a loro volta si basano su IGBT accesi e spenti molte migliaia di volte al secondo tramite tecniche di modulazione ad ampiezza di impulsi (PWM). Gli IGBT (o PPI) del pacchetto di stampa utilizzano i contatti di pressione anziché i legami del filo. Press pack Gli IGBT rappresentano un grande vantaggio con le applicazioni di alimentazione che richiedono connettività in serie perché possono essere facilmente collegate elettricamente e meccanicamente in serie.
Alcuni esempi sul mercato includono StakPak di ABB, una società industriale dominante, IGBT di pacchi stampa di IXYS Westcode (ora di proprietà di Littelfuse) e PPI IEGT di Toshiba. ABB spiega che StakPak è "una famiglia di press-pack e diodi a transistor bipolare a gate isolato (IGBT) ad alta potenza in un alloggiamento modulare avanzato che garantisce una pressione uniforme dei trucioli in stack di più dispositivi". IXYS offre il proprio pacchetto IGBT press-pack.
Queste unità sono prive di legami di filo e saldatura, il che le rende immuni da problemi di fatica meccanica associati ai moduli convenzionali. I PPI di Toshiba sono in realtà basati su chip IEGT. Questi sono simili agli IGBT, ma hanno trincee più profonde e più ampie, offrendo loro vantaggi in alcune applicazioni.
In questa struttura, più chip IEGT sono pressati in posizione da una piastra di molibdeno. Come illustrato sopra, questa disposizione mette gli elettrodi del collettore e dell'emettitore di ciascun chip IEGT in contatto con gli elettrodi di rame esterni. Stabilisce inoltre solidi collegamenti elettrici facilitando la dissipazione del calore.
IXYS Westcode offre la serie CO44BG400 di schede driver gate appositamente per l'uso con gli IGBT del pacchetto stampa dell'azienda. I membri di questa famiglia di schede driver gate possono erogare fino a 44 A di corrente di pilotaggio gate. Una scheda del gate driver e il relativo IGBT lavorano insieme come illustrato di seguito.
Il lato sinistro del diagramma sopra è la scheda del driver del cancello. Si noti che anche il dispositivo IXYS utilizza un accoppiamento a base magnetica. Il lato destro è il gruppo IGBT.
Notare la chiara indicazione dell'accoppiamento di capacità del gate con il resto del semiconduttore. Come nuovo membro della famiglia di circuiti integrati SCALE-iDriver di Power Integrations, 1SP0351 evita i fastidiosi accoppiamenti optoelettronici a favore della sua tecnologia FluxLink a base magnetica. Hai sperimentato il fallout di un driver IGBT (o qualsiasi altro componente del caso) che non era affidabile come ti aspettavi? Come hai corretto la rotta? Condividi la tua esperienza nei commenti qui sotto.
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