Разработка и производство электронных компонентов и устройств светодиодные лампы и твердотельные реле

Направления развития класса новых твердотельных реле для использования в изделиях специального назначения. Особенности конструкции и схемотехнических решений

Направления текущих и перспективных разработок ЗАО «Протон-Импульс», предлагаемые к применению в изделиях специального назначения.

1. Полупроводниковые реле – ТТР (по терминологии общепромышленного применения) или полупроводниковые коммутаторы (по терминологии для категории качества ВП), силовые полупроводниковые модули, выполненные по гибридной технологии с применением корпусированных компонентов и бескорпусных компонентов (кристаллов). Помещаемые в металлопластмассовые или металлические корпуса с металлокерамическими (металлостеклянными) изоляторами с монолитной герметизирующей заливкой полимерными компаундами, либо металлостеклянные (металлокерамические) герметичные корпуса:

  • в планарном исполнении;
  • для установки на печатные платы;
  • устанавливаемые на теплоотвод с объемным монтажом силовых и управляющих цепей.

Со схемами управления обеспечивающими, в любом сочетании функции управления, защиты и диагностики, с гальванической оптоэлектронной или трансформаторной развязкой, напряжением изоляции от 1 до 4 кВ.

Для коммутации цепей постоянного, переменного, постоянного тока двунаправленного действия с применением в качестве силового элемента:

  • тиристоров (симисторов) в диапазоне 1…200 А, напряжением коммутации 600…1600 В;
  • МОП-транзисторов в диапазоне 1…200 А, напряжением коммутации 60…600 В;
  • IGBT-транзисторов в диапазоне 1…200 А, напряжением коммутации 600…1200 В;
  • Биполярных транзисторов в диапазоне 1…10 А, напряжением коммутации 100…300 В.
  • Одно и многоканальные, нормально замкнутые или разомкнутые.

2. Регуляторы мощности — тиристорные преобразователи на основе базовой технологии ТТР, предназначенные для регулирования мощности, передаваемой в нагрузку от сети переменного тока в диапазоне 10…150 А, напряжением коммутации 600…1600 В, одно и трехфазные, с применением стандартных сигналов управления 0..5 В; 0..10 В; 4..20 мА; 0..5 мА; 0…20 мА в том числе и не требующие дополнительного питания.

3. Драйверы тиристорных силовых модулей – микроконтроллерные устройства, с оптоэлектронной или трансформаторной развязкой управления тиристорных модулей на ток до 500 А для регулирования мощности в активной и активно-индуктивной нагрузке, включённой звездой, треугольником или подключаемой к выходу тиристорного моста.

 

Особенности конструкции и схемотехнических решений

 

В производимых твердотельных полупроводниковых реле реализовано два вида гальванической развязки: оптронная и трансформаторная.

ТТР с оптронной развязкой имеют входную схему, выполненную в общем случае, на основе инфракрасного светодиода, излучение которого обеспечивает включение соответствующего силового элемента через специальную фоточувствительную схему, причем для тиристорно-симисторных и MOSFET-IGBT реле применяются разные схемы.

ТТР с трансформаторной развязкой имеют входную схему, выполненную на основе высокочастотного преобразователя напряжения. Гальваническая развязка по цепям питания и управления при помощи импульсных трансформаторов является относительно новым для продукции предприятия решением.

Технология трансформаторной гальванической развязки позволяет развивать новый класс изделий с характеристиками, превосходящими традиционно применяемую технологию оптоэлектронной гальванической развязки.

Кроме улучшения характеристик – увеличение быстродействия, отсутствие дополнительных цепей питания, лучшая нагрузочная способность, помехоустойчивость, стойкость к спецфакторам, трансформаторная развязка позволяет создавать схемы реализующие функции защиты и контроля.

Примеры конструктивных исполнений твердотельных реле

В основании прибора находится медная или латунная пластина с никелевым покрытием и отверстиями для монтажа готового прибора в аппаратуре. Главная функция этой пластины – эффективный отвод тепла, выделяемой на силовых полупроводниковых элементах в процессе работы.

На радиаторе установлена керамическая пластина. Пластина выполнена из высокотеплопроводной керамики с нанесенной на обеих сторонах металлизацией. Эта пластина выполняет три важнейшие задачи:

  1. Обеспечивает изоляцию силовой цепи реле от радиатора;
  2. За счет высокой теплопроводности, обеспечивается высокая теплопередача от кристалла полупроводникового элемента к радиатору, а через него на охладитель и в окружающую среду.
  3. Металлизация обеспечивает возможность пропускания тока больших плотностей.

Соединения кристалла с керамикой и керамики с радиатором производится специальными мягкими припоями, которые обеспечивают хорошую теплопроводность и являются демпфирующими прокладками, компенсирующими разность ТКР материалов сборки (кремний – медь – керамика).

Соединение кристалла с металлизацией керамики производится алюминиевой проволокой методом ультразвуковой сварки. Диаметр используемых проволок в зависимости от номинального тока прибора от 250 мкм до 500 мкм

Силовая сборка, выполненная на радиаторе прибора, является коммутирующим элементом реле. Схема управления этим коммутирующим элементом располагается на печатной плате, соединенной как с силовыми контактами реле, так и с управляющими контактами.

Силовые контакты реле имеют непосредственный электрический контакт с металлизацией керамической подложки, что обеспечивает минимальные потери, а также контакт с печатной платой. Силовые контакты выполняются из медных шин с сечением, обеспечивающим протекание необходимого уровня тока. Управляющие контакты электрически соединены только с печатной платой. Ток, протекающий через них, невелик (миллиамперы), однако для унификации конструкции они выполняются подобно силовым контактам.

Сборка реле из радиатора и печатной платы закрыта корпусом из специального трудногорючего, с высокой диэлектрической прочностью пластика, внутренний объем которого заполнен специальным эластичным кремнийорганическим компаундом, имеющим широкий диапазон температур эксплуатации (от-60 до 150 °С), что также обеспечивает эксплуатацию реле в режиме циклического изменения температуры. Подключение внешних силовых кабелей или шин осуществляется с помощью винтов. Применение высококачественных негорючих полимерных материалов позволяет создавать изделия с расширенным температурным диапазоном.


Яндекс.Метрика