СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА №1/2012

В ВЕДЕНИЕ Постоянное ценовое давление рын ка и стремление к повышению эффек тивности преобразовательных уст ройств сделали выбор элементной ба зы одним из самых ответственных этапов проектирования. Не менее от ветственной фазой разработки яв ляется и расчёт тепловых режимов, важность которого обусловлена не прерывным увеличением плотности мощности. Растущее многообразие решений, применяемых в силовой электронике, и специализация типов компонентов привели к тому, что сравнение близ ких по назначению силовых модулей на основании только справочных дан ных стало серьёзной проблемой. Пре дельные значения тока и напряжения транзистора или модуля, обычно вы несенные в заголовок технических характеристик, не дают разработчику никаких данных для расчёта, а лишь позволяют в первом приближении сравнить один элемент с другим. Слож ность выбора компонента заключается и в том, что желательно максимально использовать его мощностные харак теристики, чтобы не платить лишних денег за неоправданный запас мощ ности. Проектирование силового каскада является сложным и ответственным процессом, требующим от современ ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ 62 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 1 2012 ного разработчика большого объёма знаний и опыта. Автоматизированные средства разработки, позволяющие ре шать большинство поставленных за дач, способныоказать неоценимуюпо мощь при разработке и свести к мини муму ошибки проектировщика. Ч ТО ТАКОЕ SEMISEL? Тенденции современного рынка си ловой электроники – сокращение сро ков проектирования, рост мощностей и усиление требований к надёжности – делают невозможным процесс разра ботки без специализированного про граммного обеспечения. Программы для расчёта режимов работы мощных преобразовательных устройств пред лагаются практически всеми основны ми производителями силовых моду лей. Наиболее популярные компью терные средства разработки доступны на сайтах компаний Eupec/Infineon, Mitsubishi, Semikron. Как правило, дан ные программы предназначены для расчёта мощности потерь и температу рыперегрева, с их помощьюразработ чик может с различной степенью до стоверности выбрать силовой ключ на основании заданных режимов работы. Компания Semikron предложила для массового применения своюпрограм му автоматизированного расчёта и вы бора компонентов SEMISEL [1] раньше своих конкурентов. Первый вариант программы появился на сайте фирмы в 2001 г., и с тех пор SEMISEL постоян ного совершенствуется, обновляется, пополняется база данных. Последняя версия SEMISEL Version 4.0.1 пригодна для моделирования тепловых режимов любых силовых ключей на основании их технических характеристик. Программа SEMISEL, on line версия которой доступна по линку semi sel.semikron.com , может быть исполь зована для анализа практически всех используемых конфигураций схем в реальных условиях эксплуатации. По следние варианты SEMISEL способны помочь разработчику практически на всех этапах проектирования, включая выбор драйвера, расчёт режимов его работы, а также оптимизацию охлаж дающей системы любого типа или моделирование заданного рабочего цикла. В первую очередь программа пред назначена для решения следующих задач: ● оптимальный выбор силового ключа для заданной конфигурации схемы и условий эксплуатации; ● сравнение эффективности работы различных компонентов, поиск за мены; ● достижение оптимальной техничес кой и экономической эффектив ности, ● нахождение оптимального соотно шения основных электрических ха рактеристик (частоты переключе ния, эффективности системыохлаж дения, перегрузочной способности и т.п.); ● оценка запаса надёжности по пре дельным режимам. О БЩИЕ СВЕДЕНИЯ Основные потери в силовых тран зисторах и модулях создаются непо средственно в кристалле. Тепло, выде ляемое полупроводниковым кристал лом, отводится через корпус элемента на теплоотвод и далее – в окружающую среду. Градиент температур между кристаллом и окружающим воздухом является функцией рассеиваемой мощности и тепловых сопротивлений материалов, из которых состоит кор пус элемента, и материалов теплоот вода. На рис. 1 показаны в разрезе слои стандартного модуля IGBT, участвую щие в процессе теплопередачи: 1 – вы вод чипа (Al), 2 – чип (Si), 3 – припой, 1 2 3 4 5 6 7 8 Рис. 1. Элементы тепловой структуры модуля IGBT Программа SEMISEL – тепловые расчёты силовых схем Андрей Колпаков, Андрей Гладских Расчёт тепловых режимов работы силового каскада является одним из важнейших этапов процесса разработки, позволяющим подтвердить правильность выбора и применения электронного компонента, что во многом определяет надёжность работы устройства. В статье описаны основные особенности программы теплового расчёта SEMISEL и в виде примера приведены расчёты трёхфазного выпрямительного моста, чоппера и трёхфазного инвертора. Печатается с разрешения журнала Chip News Украина (http://www.chipnews.com.ua ) © СТА-ПРЕСС