CC BY
53Компоненты и технологии, № 1'2005
«Электрум АВ» -
«быстрее, выше, сильнее»
Сергей Волошин
voloshin@orel.ru
Зтот олимпийский девиз в полной мере отражает смысл и результаты деятельности молодой российской компании «Электрум АВ», которая за 2 года своего существования освоила серийное производство широкой номенклатуры силовых полупроводниковых приборов, включающей:
• Силовые модули на стандартных (частота до 3 кГц) диодах и тиристорах со структурой тиристор-тиристор, тиристор-диод, диод-тиристор, диод-диод. Приборы имеют предельно допустимое напряжение не ниже 1200 В, ряд номинальных токов 80, 100, 120, 160, 200, 250 А; выпускаются в стандартных корпусах 34x92 и 62x102 мм, которые соответствуют зарубежным аналогам ведущих мировых производителей. Все приборы обладают высокой устойчивостью к скорости изменения напряжения (до 1000 В/мкс), а также малыми утечками — в закрытом состоянии менее 1 мА), а тиристорные структуры обладают малыми токами управления, напряжение изоляции этих приборов составляет 2500 В (4000 В пикового значения). Кристаллы тиристоров и диодов, используемые в этих модулях и других приборах, о которых будет сказано ниже, имеют высококачественную стеклопассивацию, обладающую хорошими изоляционными свойствами и устойчивостью к циклическим воздействиям температуры, что обусловливает широкий температурный диапазон (от -60 до +100 °С) для этих приборов и гарантию наработки до 100000 часов. Эти показатели присущи и всем остальным приборам, о которых будет сказано ниже.
• Силовые тиристорные модули в стандартных корпусах 34x92 и 62x102 мм, со структурой тиристор-тиристор, тиристор-диод и диод-тиристор на токи 80, 100, 120, 160, 200 и 250 А со встроенными оптронными развязками с напряжением изоляции не хуже 4000 В пикового значения. Токи управления тиристорами составляют порядка 10 мА.
• Силовые модули со структурой диод-диод (с последовательным соединением и общим катодом) на основе высоковольтных диодов Шоттки с напряжением 800 В и рабочими токами 100, 150, 200 А или одиночный диод Шоттки с напряжением 1600 В и током 100, 150, 200, 300 или 400 А. Эти диоды могут работать на частотах до 200 кГц и имеют падение напряжения менее 1 В, в отличие от стандартных диодов с падением в 1,5 В.
• Однофазные и трехфазные управляемые, полууправ-ляемые и неуправляемые мосты на стандартных тиристорах и диодах и диодах Шоттки с напряжением до 800 В с рабочими токами 63, 100, 160, 250 А.
Управляемые мосты выпускаются в том числе и с управлением через встроенные оптроны.
Модули на встречно-включенных тиристорах для коммутации цепей переменного тока, на одну или три фазы, в том числе с оптронным управлением и управлением каждым тиристором по отдельному входу.
Модули на основе полевых транзисторов и ЮБТ с рабочими напряжениями 60, 100, 200, 400, 600, 1200 В со структурой Н-мост, 3-фазный инвертор с дополнительным чопером, два Н-моста на токи 1, 3, 5, 10, 15, 25, 50, 75, 100 А, в том числе такие модули могут содержать в своем составе низкоомные (менее 1 мОм) безындуктивные резисторы для измерения токов в шинах питания и фазовых шинах. Твердотельные оптоэлектронные реле для коммутации цепей переменного тока, выполненные на тиристорах с предельно допустимым напряжением 1200 В на одну или три фазы с номинальными токами 63, 100, 120 А (для однофазных и трехфазных реле) и 160, 200, 250 А (для однофазных реле). Твердотельные оптоэлектронные реле для коммутации цепей постоянного тока, выполненные на полевых транзисторах и ЮБТ с рабочими напряжениями 60, 100, 200, 400, 600, 1200 В на токи
1, 3, 5, 10, 15, 25, 50, 75, 100, 150 и 200 А. Твердотельные реле для цепей постоянного тока, но имеющие гальваническую развязку трансформаторного типа время включения около 1 мкс и высокую устойчивость к импульсным нагрузкам (до 10 значений номинального тока). Драйверы мощных полевых и ЮБТ-транзисторов модульного исполнения для управления транзисторами с рабочими токами 50-2500 А и рабочими напряжениями 60-6500 В как для одиночных транзисторов, так и для полумостовых сборок со встроенными БСЮС-преобразователями.
Драйверы обеспечивают:
-гальваническую (оптронную) высоковольтную развязку сигналов управления и состояния; -контроль напряжения насыщения на коллекторе управляемого транзистора;
-регулировку порога защитного отключения по напряжению насыщения;
- активную защиту от перенапряжений на транзисторе;
- запрет контроля напряжения насыщения во время активного состояния управляемого транзистора и регулировку длительности такого запрета;
- регулировку времени включения и выключения транзистора;
Компоненты и технологии, № 1'2005
- контроль уровня питающих напряжений драйвера;
-плавное выключение транзистора при «аварии»;
- блокировку управления при «аварии» и регулировку длительности такой блокировки;
- блокировку одновременного включения верхнего и нижнего плеча полумоста и регулировку длительности блокировки.
• Драйверы мощных тиристоров (до 6500 В, 5000 А) со встроенными БСЮС-преобразо-вателями и гальванической (оптронной) развязкой цепей управления и состояния.
• Модули регуляторов мощности с рабочими токами от 20 до 250 А и управлением по стандартным токовым интерфейсам 0-5, 0-10 В, 4-20 мА с прямой и обратной характеристиками регулирования.
• Интеллектуальные модули коммутации контроля цепей питания постоянного тока с контролем токовременной характеристики нагрузки, оптронной развязкой цепей управления и состояния, которые содержат ключ на полевом транзисторе или ЮБТ с напряжениям 60, 100, 200, 400, 600 или 1200 В и рабочим током 1, 3, 5, 10, 15, 25, 50, 75, 100, 150, 200 А и соответствующий токоизмерительный безындуктивный резистор, а также БСЮС-преобразователь и схемы ограничения тока и аварийной блокировки.
• Мощные безындуктивные токоизмерительные резисторы сопротивлением от 0,1 до 10 мОм и мощностью до 200 Вт.
Кроме вышеперечисленных изделий на предприятии разработаны и выпускаются интеллектуальные малогабаритные модули для спец-техники и общепромышленного исполнения широкой номенклатуры для управления коллекторными, асинхронными, вентильными, вентильно-индукторными двигателями. В состав модуля входят необходимые силовые ключевые элементы (кристаллы полевых транзисторов, ЮБТ, тиристоров, диодов), размещенные на керамической высокотеплопроводной подложке с необходимыми межсоединениями, реализующими схемы Н-мостов, трехфазных инверторов, выпрямителей и т. д. с необходимыми уровнями тока. На подложке также могут быть размещены безындуктивные токоизмерительные низкоомные резисторы (от 0,1 мОм) для контроля тока в необходимых цепях. Также в состав модулей входит цифроаналоговая схема управления, реализующая алгоритм работы двигателя. Такая схема содержит необходимые драйверы транзисторов, источники питания, схемы ШИМ-управления транзисторами, логику управления двигателем и необходимые интерфейсные схемы для управления скоростью, направлением вращения, схемы обработки датчиков обратных связей, встроенные ОСЮС-преобразователи для питания внутренних элементов, фильтры и ограничители цепей питания и входных цепей. Модули предназначены для работы как в низковольтных системах, так и в высоковольтных (используются силовые элементы с предельно допустимым напряжением 100, 200, 400, 600, 1200 В).
Номенклатура выпускаемых приборов для управления двигателями включает следующие типы приборов:
1. Модули управления коллекторными двигателями переменного тока мощностью до 10 кВт для электроинструмента и бытовой электротехники, которые обеспечивают:
• плавный пуск двигателя;
• стабилизацию скорости вращения двигателя на холостом ходу и под нагрузкой;
• контроль тока двигателя;
• защиту от КЗ;
• контроль токо-временной характеристики работы двигателя;
• повторный пуск при прерывании тока силовой цепи;
• защиту по цепи питания;
• защиту от перегрева;
• номинальные токи двигателя 1, 3, 5, 10, 20 А. Модули мощностью до 3 кВт выпускаются
в виде печатной платы необходимой геометрии для встраивания в конструкцию управляемого прибора или в виде герметичного пластмассового модуля с габаритами 25x45x12 мм.
Модули мощностью до 10 кВт выпускаются в пластмассовом герметичном корпусе с габаритами 45x58x25 мм.
2. Модули управления:
• коллекторными двигателями постоянного тока с рабочими токами 1, 3, 5, 10, 15, 20, 40, 60, 100, 150, 200, 400 А и рабочими напряжениями от 12 до 600 В, которые обеспечивают изменение и стабилизацию скорости двигателя, контроль тока двигателя и защиту от перегрузок, торможение и останов двигателя, изменение направления вращения;
• 3-фазными вентильными двигателями на постоянных магнитах с датчиками положения, 3-фазными вентильными двигателями на постоянных магнитах без датчиков положения (обратная связь по положению ротора осуществляется по наведенной ЭДС), 2-фазными вентильными двигателями на постоянных магнитах и вентильноиндукторными двигателями, которые обеспечивают изменение и стабилизацию скорости двигателя, изменение направления вращения двигателя, пуск и останов двигателя, защиту перегрузки и перегрева. Такие модули выпускаются в корпусах
герметичной конструкции с габаритами от 50x75x15 мм до 75x110x30 мм.
3. Модули управления 3-фазными асинхронными двигателями мощностью 0,1-1,5; 1,5—3,5; 5-15 кВт. Данные модули обеспечивают старт и останов двигателя, режим мягкого пуска двигателя с контролируемым ускорением, регулирование скорости по скалярному алгоритму, изменение направления вращения двигателя, плавное выключение двигателя с контролируемым замедлением, защиту электродвигателя от изменения напряжения питающей сети, токовых и тепловых перегрузок, КЗ, возможность задания параметров работы преобразователя в ручном режиме или с помощью внешнего компьютера или контроллера через интерфейс И8232, возможность изменения частоты ШИМ-преобразователя, задание скорости по стандартным аналоговым интерфейсам (0—5 В, 0—10 В, 4—20 мА).
4. Модули корректора фактора мощности для питания двигателей постоянного тока одно-
фазной или трехфазной сети переменного тока. Данные модули обеспечивают «гладкую» синусоиду для всех выпускаемых модулей управления двигателями постоянного тока.
В 2005 году «Электрум АВ» планирует дополнить свою номенклатуру следующими классами приборов:
• модулям управления вентильно-индукторными двигателями мощностью до 3,5 кВт для электроинструмента с питанием от сети 220 В;
• модулям управления коллекторными и вентильными двигателями доля сервоприводов;
• модулям управления электродвигателями большой мощности для электрокаров и электротележек;
• модули плавного пуска и реверсивного управления 3-фазными асинхронными двигателями до 15 кВт;
• 4-, 6- и 7-ключевыми модулями на DC/DC-и полевых транзисторах со встроенными драйверами с накачкой заряда (без DC/DC) и датчиками токов и потенциалов для построения векторных приводных систем;
• модулям высоковольтных (до 25 кВт) IGBT со встроенными драйверами;
• модули высоковольтных (до 25 кВт) диодов Шоттки;
• термореле с одной и двумя установками температуры.
Накопленный специалистами «Электрум АВ» опыт в области силовой электроники позволяет предприятию занимать лидирующие позиции в части драйверных устройств для управления тиристорными и транзисторными (IGBT) силовыми устройствами, а также интегрированных систем, содержащих как силовые ключи, так и схемы управления ими. Выпускаемая предприятием номенклатура приборов позволяет решить практически любую задачу в следующих областях силовой техники:
• электроприводы;
• источники питания;
• сварочные преобразователи;
• преобразователи электроэнергии;
• коммутационная техника;
• защитные устройства и т. д.
Основная цель предприятия — обеспечение отечественных производителей и разработчиков силовой электроники полупроводниковыми элементами высочайшего качества с параметрами, соответствующими или превосходящими лучшие мировые образцы, по низким ценам. На предприятии используется единая система обеспечения качества для промышленных приборов и приборов военного назначения с контролем качества на каждой технологической операции.
На предприятии используются следующие основные технологии:
• тонкопленочная гибридная;
• толстопленочная гибридная;
• технология создания керамических подложек с толстой (до 300 мкм) медной металлизацией с рисунком высокого разрешения (до 0,3 мкм);
• технология разработки и изготовления цифроаналоговых БИ-КМОП, интегральных схем на основе высоковольтного (±15 В) БМК;
-Q-
Компоненты и технологии, № 1'2005
• технология многокристального монтажа полупроводниковых элементов (до 200 элементов на подложке 30x40 мм) с разваркой кристаллов алюминиевой или золотой проволокой;
• технология поверхностного монтажа;
• технология сборки силовых узлов с применением пайки мягкими припоями и развар-ки алюминиевой проволокой до 500 мкм;
• технология корпусирования с применением высокоадгезионных кремнийоргани-ческих компаундов;
• технология корпусирования в стандартные и нестандартные металлостеклянные корпуса;
• технология изготовления нестандартных металлостеклянных корпусов герметичной конструкции;
• технология химического фрезерования деталей с разрешением до 10 мкм, в том числе изготовление трафаретов для поверхностного монтажа и «выводных рамок» из стали, никеля, меди толщиной до 300 мкм для монтажа полупроводниковых приборов;
• технология низкоомных (<1 мОм) безын-дуктивных резисторов большой мощности (до 100 Вт).
Использование технологий тонкопленочных и толстопленочных гибридных сборок
и полупроводниковых элементов цифровой, аналоговой и оптоэлектроники позволяет создавать уникальные элементы с параметрами, соответствующими лучшим зарубежным образцам или даже превосходящими их.
Малые габариты элементов силовой электроники позволяют встраивать их в исполнительные устройства электротехнических систем (двигатели, клапаны, насосы и т. д.), обеспечивая их высокий технический уровень.
Предприятие проводит разработки элементов силовой электроники как общепромышленного, так и специального применения (в системах вооружений и других ответственных отраслях).
