تعریف ماژول الکترونیک قدرت و انواع آن

تعریف ماژول الکترونیک قدرت مهندسی برق قدرت filioos فیلیوس آبی

ماژول الکترونیک قدرت واژه‌ای است که آزادانه برای اشاره به هر چیزی، از یک قطعه  نیمه‌هادی قدرت تا چند قطعه نیمه‌هادی قدرت که به همراه سیستم کنترل و حفاظت مربوط به آن یک ساختار واحد را تشکیل می‌دهند، مورد استفاده قرار می‌گیرد.

ماژول‌های الکترونیک قدرت به طور کلی در سیستم‌های تبدیل توان و در محدوده توان‌های در حد چند کیلووات تا توان‌های زیاد را شامل می‌شود. معمولاً مطالعه بر روی ماژول الکترونیک قدرت در محدوده چند‌صد وات تا چند‌ده کیلووات انجام می‌شود.

  • تعریف ماژول الکترونیک قدرت

یک ماژول الکترونیک قدرت را می‌توان به عنوان یک استراتژی بسته‌بندی دانست که با استفاده از آن می‌توان ادوات متعددی را با هم در یک ساختار قرار داد. استفاده از ماژول الکترونیک قدرت باعث بهبود عملکرد حرارتی و قابلیت اطمینان سیستم شده و می‌توان تمام و یا بخشی از سیستم کنترل را به همراه سیستم حفاظتی در یک بسته بندی قرار داد.

امروزه چندین نوع  ماژول الکترونیک قدرت در بازار وجود دارد. بر اساس تعاریف مورد استفاده در صنعت، ماژول الکترونیک قدرت را می‌توان بر اساس افزایش کارآیی به چند دسته تقسیم کرد:

  • ماژول‌های قدرت[۱] ( PM )

یک ماژول قدرت ساختاری است که فقط شامل یک یا چند قطعه نیمه هادی قدرت بوده و هیچ سیستم کمکی دیگری در این ماژول ها قرار ندارد.

  • ماژول قدرت هوشمند[۲] (IPM)

یک IPM ماژول قدرتی است که به همراه آن چند سیستم کمکی نیز برای افزایش کارآیی ماژول قرار داده شده است. IPM به طور معمول شامل ادوات قدرت، مدارهای راه انداز گیت، سیستم حفاظت، سیستم اندازه‌گیری جریان و درجه حرارت است.

  • ماژول قدرت هوشمند مجتمع[۳](I2PM)

معمولاً در ساختار یک ماژول I2PM معمولی چندین قطعه قدرت، مدارهای راه انداز گیت، سیستم حفاظت، سیستم سنجش جریان و سنجش درجه حرارت به همراه منبع تغذیه،  سیستم جداسازی سیگنال[۴] ، احتمالاً یک ریزپردازنده به کار رفته است.

  • ماژول سیستم یکپارچه[۵] (ISM)

ISM یک سیستم تبدیل توان کامل(مانند یک مبدل DC-DC) است که به صورت یک ماژول بسته‌بندی شده است. در واقع در این حالت برای تبدیل توان به هیچ عنصر دیگری نیاز نیست (به استثنای موارد مورد نیاز برای فیلتر EMI).

برای توسعه ماژول‌های الکترونیک قدرت چندین محرک وجود دارد:

  • چگالی توان

هنگامی که چندین قطعه الکترونیکی به صورت یک ماژول در کنار یکدیگر قرار می‌گیرند حجم مدار برای تبدیل توان، نسبت به حالتی که هر کدام از ادوات به صورت جداگانه مورد استفاده قرار می‌گیرند به طور قابل توجهی کاهش می‌یابد. علاوه بر این، اگر قسمت‌هایی مانند مدار سنجش جریان و درجه حرارت به صورت یکپارچه درون ماژول‌های الکترونیک قدرت قرار داده شوند، دیگر نیازی نیست تا این قسمت‌ها را در بیرون از مدار تبدیل توان قرار داد. این امر نیز  موجب افزایش بیشتر چگالی توان سیستم می‌شود.

  • کاهش هزینه

ماژول‌های الکترونیک قدرت مدرن از حداقل مواد مورد نیاز برای تبدیل توان استفاده می‌کنند. این امر باعث کاهش مصرف توان و در نتیجه کاهش هزینه‌های مدار می‌شود. در چند سال اخیر برای تعیین استانداردهای مناسب به منظور کاهش هزینه‌های ماژول‌های قدرت تلاش‌های فراوانی صورت گرفته است.  این استانداردها باعث کاهش هزینه‌های ماژول‌های قدرت و در عین حال افزایش قابلیت اطمینان آن‌ها می‌شود.

  • بهبود قابلیت اطمینان

از آن جا که ماژول‌های الکترونیک قدرت با استفاده از قطعات کمتر، فرآیندهای مونتاژ کمتر و همین طور مواد کم‌تری تولید می‌شوند، بنابراین فرایند تولید ساده‌تری دارند. این امر موجب کاهش میزان نقص در فرایند تولید شده و درنتیجه قابلیت اطمینان مدار افزایش می‌یابد.

  • بهبود عملکرد حرارتی

در ماژول‌های الکترونیک قدرت برای پیاده‌سازی مدار، از مواد با تکنولوژی پیشرفته‌ای استفاده می‌شود. به عنوان مثال، با استفاده از تکنولوژی‌های [۶]IMS و [۷]DBCمی‌توان از مسیرهای مسی ضخیم برای عبور جریان استفاده کرد. این امر موجب کاهش مقاومت حرارتی و در نتیجه بهبود عملکرد حرارتی می‌شود.

  • بهبود بازده

یکی از نگرانی‌های عمده در طراحی یک مدار قدرت، اندوکتانس نشتی سری با ادوات قدرت است. این امر باعث ایجاد اضافه ولتاژ[۸] و افزایش تلفات کلیدزنی ادوات قدرت می‌شود. با کنار هم قرار دادن تمام ادوات قدرت در یک ساختار واحد، اندوکتانس نشتی به طور قابل توجهی کاهش می‌یابد.

  • کاهش EMI

اضافه ولتاژ ناشی از اندوکتانس نشتی سری با ادوات قدرت، به عنوان منبع قابل توجهی از نویز EMI به‌شمار می‌رود‌. با کاهش اندوکتانس نشتی، اضافه ولتاژ ناشی از اندوکتانس نشتی و در نتیجه نویز EMI نیز کاهش می‌یابد.

  • فرکانس زیاد

حداکثر فرکانس کاری ادوات قدرت تا حدودی متناسب با تلفات کلیدزنی هر قطعه تعیین می‌شود. زیرا با افزایش فرکانس کلیدزنی میزان تلفات هر قطعه نیز افزایش می‌یابد. کاهش اضافه ولتاژ هر قطعه میزان تلفات کلیدزنی و همین طور تلفات هدایتی قطعه را کاهش می‌دهد. در نتیجه با تلفات کلیدزنی کمتر، بدون اینکه از محدودیت‌های دمایی آن قطعه تجاوز شود، فرکانس کاری هر قطعه افزایش می‌یابد[۱].

با توجه به دلایل بالا ماژول‌های الکترونیک قدرت ، در کاربردهای گوناگونی مورد استفاده قرار می‌گیرند. این ماژول‌ها در بسیاری از محدوده‌های توانی استفاده شده و قابلیت‌های آن‌ها پیوسته در حال افزایش است.

[۱] Power Module(PM)

[۲] Intelligent Power Module(IPM)

[۳] Integrated Intelligent Power Module (I2PM)

[۴] Signal Isolation

[۵] Integrated System Module (ISM).

[۶] Insulated Metal Substrate(IMS)

[۷] Direct Bonded Copper(DBC)

[۸] Overshoot Voltage

فیلیوس

برق قدرت

نوشته‌های مرتبط

قوانین ارسال دیدگاه

  • دیدگاه های فینگلیش تایید نخواهند شد.
  • دیدگاه های نامرتبط به مطلب تایید نخواهد شد.
  • از درج دیدگاه های تکراری پرهیز نمایید.
دیدگاه‌ها

*
*