FRD100CA120 - Modul / Komponen Elektronik / Semikonduktor FRD100CA120 FRD1OOCA12O

Sanrex FRD100CA120∙ Fast Recovery Diode Power Module 1200V Vrrm, 100A Ifa, 1.80V Forward Drop, 16600A2s I2t, DCB Isolated Base Plate, 2500V Isolation

Gambaran umum

PeraturanSanrex FRD100CA120adalah modul daya dioda pemulihan cepat 1200V / 100A, salah satu penawaran modul dioda arus tinggi Sanrex yang mapan untuk elektronik daya industri.

Dalam sirkuit konversi daya, tidak semua dioda sama. 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.

Untuk rectifikasi lambat pada frekuensi jaringan, arus pemulihan terbalik ini singkat relatif terhadap waktu siklus dan memiliki sedikit konsekuensi praktis.

Untuk sirkuit switching frekuensi tinggi, di mana tegangan yang diterapkan terbalik dalam mikrodetik,pulsa arus terbalik dioda pemulihan lambat bisa sebesar arus ke depan dan berlangsung cukup lama untuk memotong sirkuit rel pasokan melalui saklar, menghasilkan lonjakan arus yang merusak dan menghilangkan daya yang signifikan.

Dioda pemulihan cepat dibangun dengan struktur semikonduktor yang berbeda dan waktu hidup yang terkontrol untuk mengurangi muatan yang disimpan dan mempercepat proses pemulihan terbalik.

Hasilnya adalah dioda yang berhenti melakukan konduksi ke arah yang berlawanan dalam pecahan mikrodetik daripada beberapa mikrodetik.

Voltan pemblokiran 1200V FRD100CA120 mencakup tegangan bus link DC standar dari drive 3-fase 400VAC (dengan bus direksi sekitar 560VDC ditambah margin derating),dan rating arus 100A menempatkan di wilayah daya menengah-frequency drive freewheeling dan aplikasi rectifier.

Sanrex (perusahaan Shindengen) telah memproduksi modul semikonduktor daya untuk otomatisasi industri sejak tahun 1970-an,dan modul dioda seri FRD mereka diakui dalam komunitas servo drive dan pemeliharaan inverter sebagai komponen yang dapat diandalkan dengan karakteristik listrik yang dapat diprediksi.

FRD100CA120 cocok standar jejak paket internasional yang digunakan oleh Semikron, Infineon, Powerex,dan produsen modul utama lainnya ̇ keuntungan praktis untuk pemeliharaan sistem ketika tipe modul asli tidak tersedia.

Spesifikasi Utama

Mengapa 1200V dan 100A ️ Memahami Batas Aplikasi

Nomor 1200V Vrrm mendefinisikan tegangan maksimum blok dioda ketika terbalik bias tanpa kerusakan longsor.

Dalam sistem 400VAC tiga fase, tegangan bus DC direksi adalah sekitar 565VDC. Dengan derating keamanan standar (nomor tegangan perangkat harus setidaknya 1.5×2× tegangan pemblokiran yang diterapkan dalam operasi normal, dengan margin tambahan untuk transisi), 1200V adalah kelas tegangan yang tepat untuk sistem 400 ∼ 480VAC.

Perangkat 600V tidak akan memiliki margin yang cukup untuk overvoltage sementara yang disebabkan oleh switching beban, kesalahan tanah motor, dan gangguan jalur.Perangkat 1700V memberikan lebih banyak margin tetapi dengan biaya yang lebih tinggi dan biasanya tegangan maju yang sedikit lebih tinggi.

Rating 100A Ifa yang ditentukan pada suhu kasus Tc = 78°C mendefinisikan arus terus menerus ke depan yang ditangani modul tanpa melebihi batas suhu simpang.Kondisi suhu kasus kritis.Kapasitas arus modul dioda sepenuhnya tergantung pada seberapa baik panasnya dikeluarkan.

Pada Tc = 78 °C (suhu kasus yang membutuhkan manajemen termal yang memadai sink panas, bahan antarmuka termal, dan pendinginan udara atau cairan yang memadai), dioda melakukan 100A terus menerus.

Jika suhu kasus naik di atas 78 °C karena pendinginan yang tidak memadai, arus nominal harus direduksi sesuai dengan kurva derating modul.

Ifsm dari 2000A mendefinisikan kemampuan modul untuk bertahan dari arus kesalahan jangka pendek misalnya, pelepasan bank kondensator DC link besar melalui saklar yang gagal di inverter drive.I2t dari 16,600A2s adalah batas penyerapan energi yang dapat ditoleransi dioda tanpa kerusakan digunakan untuk memilih sekering yang tepat untuk perlindungan overcurrent.

Teknologi DCB What Makes the Module Reliable

Substrat DCB (Direct Copper Bonded) adalah dasar keandalan modul.dan panas ini harus mengalir melalui substrat ke base plate dan kemudian ke heat sink.

Setiap resistensi termal di jalur ini meningkatkan suhu persimpangan untuk disipasi daya tertentu.

Substrat DCB mengikat lapisan tembaga langsung ke insulator keramik (biasanya alumina Al2O3 atau aluminium nitrida AlN) menggunakan proses difusi suhu tinggi,menciptakan ikatan metalurgi tidak pengelasan, tidak perekat antara tembaga dan keramik.

Ikatan langsung ini memiliki ketahanan termal yang lebih rendah dan ketahanan yang lebih baik terhadap kelelahan siklus termal daripada substrat keramik las atau epoxy yang lebih tua.

Karena modul panas dan dingin melalui banyak siklus operasi selama bertahun-tahun layanan,Substrat DCB mempertahankan koneksi termalnya sementara struktur yang diikat dengan solder dapat mengembangkan kekosongan dan delaminasi yang meningkatkan ketahanan termal dan akhirnya menyebabkan kegagalan dini.

Substrat DCB juga menyediakan isolasi 2500V antara perangkat semikonduktor (yang beroperasi pada potensial bus DC) dan base plate (yang dipasang pada heat sink,biasanya pada potensi tanah dalam sistem).

Isolasi ini memungkinkan modul untuk dipasang langsung di sink panas logam tanpa pad isolasi tambahan di sebagian besar instalasi.

Aplikasi dioda pemulihan cepat dalam sistem penggerak motor

Aplikasi khas FRD100CA120 dalam drive frekuensi variabel dan servo drive power electronics meliputi beberapa posisi sirkuit yang berbeda:

Dioda roda bebas di jembatan inverter:Dalam inverter PWM tiga fase, setiap saklar IGBT dipasangkan dengan dioda freewheeling (anti-paralel).arus induktif motor terus mengalir melalui dioda freewheeling sampai acara switching berikutnya.

Dioda ini harus pulih dengan cepat dari keadaan konduksi ke depan mereka ketika IGBT menyala kembali jika pemulihan mereka lambat, arus terbalik mengalir melalui IGBT untuk durasi pemulihan,Meningkatkan kerugian switching dan tekanan pada IGBT.

Oleh karena itu, pemulihan cepat adalah persyaratan dasar untuk dioda freewheeling inverter.

Boost stage freewheeling dalam sirkuit PFC:Sirkuit koreksi faktor daya aktif menggunakan topologi konverter dorongan di mana dioda cepat di tahap output dorongan memblokir tegangan direksi dan melakukan arus induktor.Dioda beralih pada boost converter's switching frequency biasanya 20 100kHz membutuhkan pemulihan cepat untuk meminimalkan kerugian dan dilakukan EMI.

Helikopter rem berputar bebas:Dalam sistem penggerak dengan penghancur rem (switch yang menghilangkan energi rem dalam resistor ketika tegangan DC link meningkat),dioda freewheeling terhubung di seluruh saklar helikopter untuk memungkinkan arus induktor resistor rem untuk beredar kembali selama periode off helikopter.

FAQ

T1: Apa perbedaan antara dioda pemulihan cepat dan dioda ultracepat, dan kategori mana yang termasuk di FRD100CA120?

Perbedaannya terutama dalam waktu pemulihan terbalik (trr) waktu dari saat arus dioda terbalik ke saat dioda sepenuhnya memblokir.Dioda pemulihan cepat biasanya memiliki nilai trr dalam kisaran 100-500 nanodetik, sedangkan dioda ultracepat mencapai trr di bawah 100ns.

Trr yang tepat dari FRD100CA120 ditentukan dalam lembar data Sanrex ‡ sebutan seri FRD menunjukkan pemulihan yang cepat.Untuk memutar frekuensi hingga sekitar 20kHz (umum dalam industri drive PWM), dioda pemulihan cepat umumnya cukup.

Untuk frekuensi yang lebih tinggi (di atas 50 kHz) dalam konverter berkinerja tinggi, dioda Schottky ultra cepat atau SiC dapat lebih disukai untuk mengurangi kerugian switching lebih lanjut.

Q2: Ifsm adalah 2000A. Dapatkah dioda ini menahan DC short circuit link tanpa perlindungan?

Tidak, IFSM (Non-Repetitive Peak Forward Surge Current) mewakili kemampuan dioda untuk bertahan satu,pulsa arus singkat biasanya didefinisikan untuk pulsa gelombang sinus setengah siklus dengan durasi tertentu (biasanya 8.3ms atau 10ms menurut standar IEC).

Sirkuit pendek DC link dalam sistem drive dapat memberikan arus kesalahan berkelanjutan yang jauh melebihi 2000A, dan nilai I2t (16,600A2s) mendefinisikan batas energi yang diserap dioda sebelum penghancuran.

Sistem perlindungan semikonduktor atau reaktor yang membatasi arus harus membersihkan kesalahan sebelum energi melalui dioda melebihi rating I2t.

Pemilihan sekering untuk perlindungan dioda menggunakan nilai I2t untuk memilih sekering dengan nilai I2t yang lebih rendah daripada nilai nominal dioda.

T3: Apakah FRD100CA120 setara langsung dengan modul serupa dari produsen lain seperti Semikron, Infineon, atau Powerex?

Rating listrik FRD100CA120 (1200V, 100A, 1.80V tegangan ke depan) dan jejak paket standar dengan lebar dasar 34mm kompatibel dengan paket standar internasional yang digunakan oleh modul dari Semikron (SKE100/16, misalnya), Infineon (DD100N12K), dan Powerex dalam kelas rating yang sama.

Dimensi pemasangan mekanis dan posisi terminal dalam paket standar ini umumnya konsisten di antara produsen, memudahkan penggantian silang.

Namun, parameter listrik, khususnya waktu pemulihan terbalik (trr), muatan pemulihan (Qrr),dan resistensi termal junction-to-case (Rth(j-c)) harus dibandingkan antara spesifikasi asli dan modul pengganti untuk mengkonfirmasi kompatibilitas dalam sirkuit aplikasi tertentu.

Modul produsen yang berbeda dalam kelas rating yang sama mungkin memiliki karakteristik dinamis yang berbeda.

T4: Bagaimana modul FRD100CA120 harus dipasang untuk mencapai kapasitas arus nominal?

Nomor 100A pada Tc = 78°C mengharuskan suhu base plate modul dipertahankan pada atau di bawah 78°C dalam kondisi operasi beban penuh.

Untuk mencapai hal ini diperlukan: bahan antarmuka termal (lemak termal atau bantalan termal yang sudah dipotong sebelumnya) antara pelat dasar modul dan sumur panas untuk meminimalkan resistensi termal kontak;resistensi termal sumur panas yang memadai untuk disipasi daya total (pada arus ke depan 100A dengan Vfm = 1.80V, kehilangan konduksi sekitar 180W); dan aliran udara yang cukup di atas sirip pemanas.

Sekrup pemasangan harus diperketat ke torsi yang ditentukan dalam lembar data Sanrex untuk memastikan tekanan kontak termal yang seragam tanpa merusak substrat keramik modul.

Q5: Lembar data menentukan I2t dari 16.600A2. Bagaimana nilai ini digunakan dalam prakteknya?

I2t (integral arus kuadrat dengan waktu) adalah energi termal yang diserap junction silikon dioda selama peristiwa overcurrent.Fuse diberi nama dengan maksimal I2t energi yang mereka lewatkan selama waktu pembersihan mereka.

Agar dioda dapat bertahan dari kesalahan yang dibersihkan oleh sekering hulu, nilai I2t sekering sekering harus kurang dari nilai I2t dioda sebesar 16.600A2.

Tabel pemilihan sekering dalam katalog produsen mencantumkan nilai I2t untuk berbagai peringkat sekering dan tingkat arus kesalahan,memungkinkan insinyur perlindungan untuk memverifikasi bahwa sekring yang dipilih melindungi dioda.

Sekring dengan I2t lebih besar dari 16.600A2s akan memungkinkan energi yang cukup melalui dioda selama pembersihan untuk menghancurkannya sebelum sirkuit dibuka.