FRD100CA120 - Módulo / Componente Electrónico / Semiconductor FRD100CA120 FRD1OOCA12O

Sanrex FRD100CA120. Un módulo de energía de diodo de recuperación rápida 1200V Vrrm, 100A Ifa, 1.80V caída hacia adelante, 16600A2s I2t, placa base aislada DCB, 2500V aislamiento.

Resumen general

ElLas pruebas de seguridad de los equipos de ensayo se realizarán en el lugar de ensayo.es un módulo de potencia de diodo de recuperación rápida de 1200 V / 100 A una de las ofertas de módulos de diodo de alta corriente establecidas de Sanrex para la electrónica de potencia industrial.

En los circuitos de conversión de potencia, no todos los diodos son iguales. 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.

Para la rectificación lenta a frecuencia de red, esta corriente de recuperación inversa es breve en relación con el tiempo de ciclo y tiene pocas consecuencias prácticas.

Para circuitos de conmutación de alta frecuencia, en los que el voltaje aplicado se invierte en microsegundos,el pulso de corriente inversa de un diodo de recuperación lenta puede ser tan grande como la corriente de avance y durar lo suficiente como para cortocircuitar el carril de alimentación a través del interruptor, generando picos de corriente destructivos y disipando una potencia significativa.

Los diodos de recuperación rápida se construyen con diferentes estructuras de semiconductores y vida útil controlada para reducir la carga almacenada y acelerar el proceso de recuperación inversa.

El resultado es un diodo que deja de conducir en la dirección inversa en una fracción de microsegundo en lugar de múltiples microsegundos.

La tensión de bloqueo de 1200V del FRD100CA120 cubre la tensión estándar del bus de enlace de CC de las unidades de alimentación de 400VAC de 3 fases (con el bus rectificado de aproximadamente 560VDC más el margen de descenso),y la corriente de clasificación de 100A lo coloca en el territorio de aplicaciones de transmisión de frecuencia variable de potencia media, ruedas libres y rectificadores.

Sanrex (una empresa de Shindengen) produce módulos de semiconductores de potencia para la automatización industrial desde los años setenta.y sus módulos de diodos de la serie FRD son reconocidos en la comunidad de servoaccionamiento e invertidores como componentes confiables con características eléctricas predecibles.

El FRD100CA120 se ajusta a las huellas de paquetes internacionales estándar utilizadas por Semikron, Infineon, Powerex,y otros grandes fabricantes de módulos una ventaja práctica para el mantenimiento del sistema cuando el tipo de módulo original no está disponible.

Especificaciones clave

¿Por qué 1200V y 100A? Comprender el límite de aplicación

El valor nominal de 1200 V Vrrm define el voltaje máximo que bloquea el diodo cuando está orientado al revés sin avería de avalancha.

En un sistema de 3 fases de 400 VAC, el voltaje del bus de corriente continua rectificado es de aproximadamente 565VDC. Con una reducción de seguridad estándar (la tensión nominal del dispositivo debe ser de al menos 1.5×2× la tensión de bloqueo aplicada en funcionamiento normal, con margen adicional para transientes), 1200V es la clase de voltaje adecuada para sistemas de 400 ∼ 480 VAC.

Un dispositivo de 600 V tendría un margen insuficiente para sobrevoltuaciones transitorias causadas por el cambio de carga, fallas de tierra del motor y perturbaciones de la línea.Un dispositivo de 1700V proporciona más margen pero a un costo más alto y generalmente un voltaje hacia adelante ligeramente más alto.

El valor de Ifa de 100 A especificado en Tc = 78 °C “define la corriente continua hacia adelante que maneja el módulo sin exceder el límite de temperatura de unión.La condición de temperatura de la caja es crítica.: la capacidad de corriente de un módulo de diodos depende enteramente de la buena eliminación de su calor.

A Tc = 78 °C (temperatura de caso que requiere una gestión térmica adecuada sink de calor, material de interfaz térmica y aire o líquido adecuados de enfriamiento), el diodo conduce 100A continuamente.

Si la temperatura de la caja se eleva por encima de 78 °C debido a una refrigeración inadecuada, la corriente nominal deberá reducirse de acuerdo con la curva de reducción del módulo.

El IFSM de 2000A define la capacidad del módulo para sobrevivir a una corriente de falla de corta duración por ejemplo, la descarga de un gran banco de condensadores de enlace de CC a través de un interruptor fallido en un inversor de accionamiento.El I2t de 16,600A2s es el límite de absorción de energía que el diodo puede soportar sin destrucción utilizado para seleccionar el fusible adecuado para la protección contra la sobrecorriente.

Tecnología DCB Qué hace que el módulo sea confiable

El sustrato DCB (Direct Copper Bonded) es la base de la fiabilidad del módulo.y este calor debe fluir a través del sustrato a la placa base y luego al disipador de calor.

Cualquier resistencia térmica en esta trayectoria aumenta la temperatura de unión para una disipación de energía dada.

El sustrato DCB une capas de cobre directamente con un aislante cerámico (normalmente aluminato de aluminio Al2O3 o nitruro de aluminio AlN) mediante un proceso de difusión a alta temperatura.creando un enlace metalúrgico no soldadura, no adhesivo ¢ entre el cobre y la cerámica.

Este enlace directo tiene una menor resistencia térmica y una mejor resistencia a la fatiga del ciclo térmico que los sustratos cerámicos soldados o unidos por epoxi más antiguos.

A medida que el módulo se calienta y enfría a través de muchos ciclos de funcionamiento durante años de servicio,el sustrato DCB mantiene su conexión térmica mientras que las estructuras unidas por soldadura pueden desarrollar huecos y delaminaciones que aumentan la resistencia térmica y eventualmente causan fallas prematuras.

El sustrato DCB también proporciona el aislamiento de 2500V entre los dispositivos semiconductores (que funcionan al potencial del bus de CC) y la placa base (que está montada en el disipador de calor,por lo general en el potencial de tierra en el sistema).

Este aislamiento permite que el módulo se monte directamente en un disipador de calor metálico sin una almohadilla de aislamiento adicional en la mayoría de las instalaciones.

Aplicaciones de diodos de recuperación rápida en sistemas de accionamiento de motores

Las aplicaciones típicas del FRD100CA120 en la electrónica de potencia de accionamiento de frecuencia variable y servo accionamiento incluyen varias posiciones de circuito distintas:

Diodos de rueda libre en el puente del inversor:En un inversor PWM de tres fases, cada interruptor IGBT está emparejado con un diodo de rueda libre (anti-paralelo).la corriente inductiva del motor continúa fluyendo a través del diodo de rueda libre hasta el siguiente evento de conmutación.

Estos diodos deben recuperarse rápidamente de su estado de conducción hacia adelante cuando el IGBT vuelve a encenderse si su recuperación es lenta, la corriente inversa fluye a través del IGBT durante la duración de la recuperación,aumento de las pérdidas de conmutación y la tensión en el IGBT.

Por lo tanto, una recuperación rápida es un requisito básico para los diodos de rueda libre del inversor.

La velocidad de rodaje libre en los circuitos PFC:Los circuitos de corrección de factor de potencia activo utilizan una topología de convertidor de impulso donde un diodo rápido en la etapa de salida de impulso bloquea el voltaje rectificado y conduce la corriente del inductor.El diodo cambia a la frecuencia de conmutación del convertidor de impulso normalmente 20 100 kHz requiriendo una recuperación rápida para minimizar las pérdidas y EMI conducido.

Helicóptero de freno en rueda libre:En los sistemas de accionamiento con un chopper de frenos (un interruptor que disipa la energía de frenado en una resistencia cuando aumenta el voltaje del enlace de CC),un diodo de ruedas libres está conectado a través del interruptor del helicóptero para permitir que la corriente del inductor de la resistencia de frenado recircule durante el período de apagado del helicóptero.

Preguntas frecuentes

P1: ¿Cuál es la diferencia entre un diodo de recuperación rápida y un diodo ultrarrápido, y a qué categoría pertenece el FRD100CA120?

La distinción está principalmente en el tiempo de recuperación inversa (trr) el tiempo desde que la corriente del diodo se invierte hasta que el diodo se bloquea completamente.Los diodos de recuperación rápida suelen tener valores de trr en el rango de 100-500 nanosegundos, mientras que los diodos ultrarrápidos alcanzan trr por debajo de 100 ns.

La trr exacta del FRD100CA120 se especifica en la ficha de datos de Sanrex ‡ la designación de la serie FRD indica una recuperación rápida.Para frecuencias de conmutación de hasta aproximadamente 20 kHz (común en PWM de accionamiento industrial), los diodos de recuperación rápida son generalmente adecuados.

Para frecuencias más altas (superiores a 50 kHz) en los convertidores de alto rendimiento, se pueden preferir diodos ultrarápidos o SiC Schottky para reducir aún más las pérdidas de conmutación.

P2: El IFSM es 2000A. ¿Puede este diodo soportar un cortocircuito de enlace de CC sin protección?

El IFSM (Current de Surgimiento No Repetitivo) representa la capacidad del diodo para sobrevivir a una sola,pulso de corriente breve .3 ms o 10 ms según las normas CEI).

Un cortocircuito de enlace de CC en un sistema de accionamiento puede entregar corrientes de falla sostenidas que superan con creces los 2000A, y el valor de I2t (16.600A2s) define el límite de energía que el diodo absorbe antes de la destrucción.

El sistema de protección de semiconductores ′′ fusibles aguas arriba, detección de desaturación del conductor de la puerta IGBT,o los reactores de limitación de corriente deben eliminar la falla antes de que la energía a través del diodo exceda su valor nominal de I2t.

La selección de fusibles para la protección de diodos utiliza el valor I2t para elegir un fusible con un valor de entrada menor que el valor nominal del diodo.

P3: ¿Es el FRD100CA120 un equivalente directo a módulos similares de otros fabricantes como Semikron, Infineon o Powerex?

Las calificaciones eléctricas del FRD100CA120 (1200V, 100A, 1.80V de voltaje hacia adelante) y la huella del paquete estándar con una anchura de base de 34 mm son compatibles con el paquete estándar internacional utilizado por los módulos de Semikron (SKE100/16, por ejemplo), Infineon (DD100N12K), y Powerex en la misma clase de calificación.

Las dimensiones de montaje mecánico y las posiciones de los terminales dentro de este paquete estándar son generalmente consistentes entre los fabricantes, lo que facilita el reemplazo cruzado.

Sin embargo, los parámetros eléctricos en particular el tiempo de recuperación inverso (trr), la carga de recuperación (Qrr),y la resistencia térmica de la unión a la caja (Rth(j-c)) se deben comparar entre la especificación original y el módulo de reemplazo para confirmar la compatibilidad en el circuito de aplicación específico.

Los módulos de diferentes fabricantes de la misma clase de clasificación pueden tener diferentes características dinámicas.

P4: ¿Cómo debe montarse el módulo FRD100CA120 para alcanzar la capacidad de corriente nominal?

El valor de 100 A a Tc = 78 °C exige que la temperatura de la placa base del módulo se mantenga en 78 °C o inferior en condiciones de funcionamiento de carga completa.

Para lograrlo, se requiere: un material de interfaz térmica (grasa térmica o una almohadilla térmica pre-cortada) entre la placa base del módulo y el disipador de calor para minimizar la resistencia térmica al contacto;una resistencia térmica adecuada del disipador de calor para la disipación total de la potencia (a 100 A de corriente hacia adelante con Vfm = 1.80V, la pérdida de conducción es de aproximadamente 180W); y un flujo de aire suficiente sobre las aletas del disipador de calor.

Los tornillos de montaje deben apretarse hasta el par especificado en la ficha de datos de Sanrex para garantizar una presión térmica de contacto uniforme sin dañar el sustrato cerámico del módulo.

P5: La hoja de datos especifica I2t de 16.600A2. ¿Cómo se utiliza este valor en la práctica?

El I2t (integral de corriente al cuadrado con respecto al tiempo) es la energía térmica que absorbe la unión de silicio del diodo durante un evento de sobrecorriente.Los fusibles están clasificados con un máximo de entrada I2t ∙ la energía que pasan durante su tiempo de limpieza.

Para que el diodo sobreviva a una falla eliminada por su fusible aguas arriba, el valor de entrada I2t del fusible debe ser menor que el valor de I2t del diodo de 16,600A2.

Las tablas de selección de fusibles en los catálogos de los fabricantes enumeran los valores de entrada I2t para diferentes clasificaciones de fusibles y niveles de corriente de falla.que permita al ingeniero de protección verificar que el fusible seleccionado protege el diodo.

Un fusible con I2t superior a 16.600A2s permitiría suficiente energía a través del diodo durante la limpieza para destruirlo antes de que se abra el circuito.