- Основные характеристики сварочного шва
- Условное обозначение прерывистого сварного шва
- Устройство IGBT транзистора
- Технологии PT и NPT изготовления IGBT-транзисторов
- Контактная сварка
- Электрозаклепки
- MOSFET-транзисторы от компании ST
- Интеллектуальные силовыемодули (IPM) на базе IGBT-семейства SLLIMM от ST
- Угловые швы при сварке. Отличительные особенности.
- Оценочные платы от ST
- Литература
Основные характеристики сварочного шва
Различают геометрические и технологические параметры сварного шва. К геометрическим относят размеры в поперечном сечении — ширину, толщину и высоту над основной плоскостью. На виды сварочных соединений влияют также и технологических параметры: катет и корень в стыке, его выпуклость/вогнутость, а также соотношение объема металла шва к общей площади сварного стыка.
Виды сварочных швов, в частности, ширина, высота и толщина, зависят от требуемых прочностных показателей соединения. Такая зависимость не является однозначной: чрезмерно массивный шов, наоборот, снижает качество соединения, поскольку сцепление зон наплавки и механического сплавления ослабляется, а качество поверхности может ухудшиться из-за наличия сварочного грата, а также интенсификации процессов окисления и обезуглероживания материала деталей.
Классификация сварных швов и форма их поверхности важны и с точки зрения долговечности готовых конструкций. Вогнутые швы, оформляемые по параболической зависимости высоты шва от его толщины, снижают уровень внутренних напряжений и минимизируют остаточные деформации. Наоборот, ровные швы, когда сохраняются острые углы при переходе от одной поверхности к смежной, уровень остаточных напряжений и деформаций повышают.
Оптимизацию формы поперечного сечения сварочного соединения можно производить при помощи следующих практических коэффициентов:
- Для наилучшего соотношения ширины к высоте — 1,2-1,5;
- Для наилучшего соотношения ширины к выпуклости — не более 8;
- Для наилучшего соотношения площадей поверхности шва к площади металла в зоне соединения — 0,85-1,0.
Виды сварных швов и технология их получения определяют качество процесса. Для оценки используют такие параметры, как глубина провара металла и количество проходов.
Глубина провара определяет однородность структуры в зоне соединения. Она принимается в пределах 0,5-0,8 (при меньших значениях ухудшается прочность сварного стыка, а при увеличенных — возрастает опасность проплавления).
Количество проходов зависит от способа разделки кромок и толщины соединяемых элементов. При увеличенных зазорах и обычном профиле кромок (со скосом) количество проходов и амплитуду колебаний горелки приходится изменять, что повышает уровень внутренних сварочных напряжений. Проблема (для сварки толстых листов) снимается оптимизацией формы подготовки кромок.
Классификация сварочных швов основывается на технологии их образования, соотношении геометрических размеров и последовательности выполнения сварки.
1. Скорость переключения ниже, чем у силовых MOSFET и выше, чем у биполярных транзисторов. При закрывании транзистора ток коллектора имеет хвост за счет небольшой проводимости, вызванной малой скоростью закрывания.
2. Возможность «защелкивания» из-за внутренней тиристороподобной PNPN-структуры.
IGBT-структура пригодна для повышения значения запирающего напряжения (напряжение отсечки). В случае силовых MOSFET с увеличением напряжения отсечки резко растет сопротивление канала транзистора в открытом состоянии из-за увеличения удельного сопротивления и ширины области дрейфа носителей заряда, необходимой для поддержания высокого рабочего напряжения.
По этим причинам обычно избегают разрабатывать силовые MOSFET, рассчитанные на большой допустимый ток, с высоким значением запирающего напряжения. Напротив, для IGBT удельное сопротивление области дрейфа носителей заряда существенно уменьшается за счет высокой концентрации инжектированных носителей заряда вызванных протеканием тока в открытом состоянии. Прямое падение напряжения на области дрейфа начинает зависеть от ее толщины и не зависеть от начального удельного сопротивления.
Условное обозначение прерывистого сварного шва
Требования к прерывистости сварного соединения могут быть записаны в его обозначение на чертеже.
ГОСТ 2.312-72
позволяет записывать в обозначение вспомогательные знаки: «Шов прерывистый или точечный с цепным расположением» (далее «Шов с цепным расположением») или «Шов прерывистый или точечный с шахматным расположением» (далее «Шов с шахматным расположением») (рисунок 1).
 |
| Рисунок 1 |
Согласно
ГОСТ 2.312-72
, требования к прерывистости сварного шва записывают в специальную секцию:
- обозначения стандартного шва сварного соединения (рисунок 2);
- обозначения нестандартного шва сварного соединения (рисунок 3).
 |
| Рисунок 2 |
 |
| Рисунок 3 |
Для прерывистого шва Вспомогательные знаки «Шов с цепным расположением» и «Шов с шахматным расположением» позволяют определять длину провариваемого участка и размер шага.
На рисунке 4 схематично изображен односторонний сварной шов с цепным расположением и указанием длины и шага сварного шва.
Пример обозначения стандартного сварного шва: «ГОСТ 5264-80-Т1-50/100», где длина = 50, шаг = 100.
 |
| Рисунок 4 |
На рисунке 5 схематично изображен двусторонний сварной шов с цепным расположением и указанием длины и шага сварного шва.
Пример обозначения стандартного сварного шва: «ГОСТ 5264-80-Т3-40/120», где длина = 40, шаг = 120.
 |
| Рисунок 5 |
На рисунке 6 схематично изображен двусторонний сварной шов с шахматным расположением и указанием длины и шага сварного шва.
Пример обозначения стандартного сварного шва: «ГОСТ 5264-80-Т3-50Z100», где длина = 50, шаг = 100.
 |
| Рисунок 6 |
Шахматное расположение может быть только у двустороннего шва.
Для любого прерывистого шва длина всегда меньше чем шаг.
Устройство IGBT транзистора
Транзисторы IGBT объединяют преимущества силовых MOSFET и биполярных транзисторов. Упрощенно можно считать, что структура IGBT является комбинацией двух приборов. Как показано на рисунке 1, на входе IGBT имеется структура MOS-затвора, а на выходе — структура PNP-транзистора с широкой базой.
Рис. 1. Схематическое представление N-канального IGBT
Управляющий базовый ток для PNP-транзистора поступает из канала входного MOSFET. Кроме PNP-транзистора, имеется еще и NPN-транзистор, который предназначен для деактивации короткого замыкания между базой и эмиттером за счет слоя металла, образующего исток MOSFET. Четырехслойная структура PNPN, получающаяся от комбинации PNP и NPN транзистора формирует структуру тиристора, которая приводит к возможности «защелкивания».
Технологии PT и NPT изготовления IGBT-транзисторов
IGBT называется PT (punch-through) или асимметричным, если имеется N буферный слой между P подложкой и N- областью дрейфа. В противном случае, он называется NPT (non-punchthrough) или асимметричным IGBT. N буферный слой увеличивает скорость выключения транзистора путем уменьшения инжекции неосновных носителей заряда и увеличения скорости рекомбинации при переключении транзистора.
Кроме того, вероятность «защелкивания» также уменьшается за счет уменьшения коэффициента усиления по току PNP-транзистора. Основная проблема состоит в том, что увеличивается падение напряжения на открытом транзисторе. Однако толщину дрейфовой области N- можно уменьшить путем подачи напряжения прямого смещения.
В результате уменьшится падение напряжения на открытом транзисторе. Следовательно, PT-IGBT имеют более удачные характеристики по сравнению с NPT-IGBT в отношении скорости переключения и прямого падения напряжения. В настоящее время большинство серийных IGBT выпускается по PT-IGBT технологии. Возможности прямого и обратного запирания IGBT приблизительно равны, поскольку определяются толщиной и удельным сопротивлением одного и того же дрейфового слоя N-.
Ряд IGBT, изготавливающихся без буферного слоя N , называются NPT (non-punch through) IGBT, в то время как транзисторы, у которых присутствует данный слой, называются PT (punch-through) IGBT. При правильном выборе степени легирования и толщины буферного слоя, его присутствие может значительно увеличить производительность транзисторов.
https://www.youtube.com/watch?v=eNo05v10ToM
Несмотря на физическое сходство, работа IGBT больше напоминает работу мощного биполярного транзистора, чем мощного MOSFET. Это происходит из-за того, что слой подложки P (инжекционный слой) отвечает за инжекцию неосновных носителей заряда в область дрейфа N-, что приводит к модуляции удельного сопротивления.
Технологически транзистор IGBT получают из транзистора MOSFET путем добавления еще одного биполярного транзистора структуры PNP. Эквивалентная крутизна IGBT значительно превышает крутизну MOSFET, и ее значением можно управлять на этапе изготовления IGBT. Еще одним достоинством IGBT является значительное снижение (по сравнению с MOSFET) последовательного сопротивления силовой цепи в открытом состоянии. Благодаря этому снижаются тепловые потери на открытом транзисторе.
По результатам исследований было выяснено, что у IGBT отсутствует участок вторичного пробоя, характерный для обычных биполярных транзисторов. Быстродействие IGBT ниже, чем у MOSFET, но выше, чем у биполярных транзисторов, поэтому их используют на частотах порядка 100 кГц. Ограничение скорости переключения IGBT кроется в конечном времени жизни неосновных носителей в базе PNP-транзистора.
Накопленный в базе PNP-транзистора заряд вызывает характерный «хвост» тока при закрывании IGBT. Причина этого заключается в том, что как только имеющийся в составе IGBT-транзистора MOSFET закрывается, в силовой цепи начинается рекомбинация неосновных носителей заряда, которая предшествует возникновению «хвоста».
Этот «хвост» служит причиной основных тепловых потерь и требует введения так называемого «мертвого времени» в схемах управления мостовыми и полумостовыми инверторами. Поскольку база PNP-транзистора сделана недоступной извне, то меры по уменьшению «хвоста» можно принять только на этапе изготовления транзистора. На рисунке 2 показана упрощенная схема полумостового инвертора.
Рис. 2. Упрощенная схема полумостового инвертора
Контактная сварка
t — расстояние между центрами соседних точек в ряду (шаг),
c — расстояние между осями соседних рядов точек при цепном расположении,
c1 — расстояние между осями соседних рядов точек при шахматном расположении,
u — расстояние от цента точки или оси шва до края нахлестки.
Для контактной точечной сварки в обозначение шва сварного соединения попадают: диаметр литого ядра сварной точки и шаг между центрами соседних точек в ряду. Остальные параметры сварного соединения выбираются в соответствии с ГОСТ 15878-79 Контактная сварка. Соединения сварные.
На рисунке 7 схематично изображен шов контактной точечной сварки с цепным расположением точек.
Пример обозначения стандартного сварного шва: «ГОСТ 15878-79-Кт-5/20», где диаметр сварной точки = 5, шаг = 20.
 |
| Рисунок 7 |
На рисунке 8 схематично изображен шов контактной точечной сварки с шахматным расположением точек.
Пример обозначения нестандартного сварного шва: «5Z20», где диаметр сварной точки = 5, шаг = 20.
 |
| Рисунок 8 |
Для контактной шовной сварки в обозначение шва сварного соединения попадают: ширина литой зоны шва (ширина), длина литой зоны шва (длина) и шаг шва. Остальные параметры сварного соединения выбираются в соответствии с ГОСТ 15878-79 Контактная сварка. Соединения сварные.
На рисунке 9 схематично изображен шов контактной шовной сварки с шахматным расположением точек.
Пример обозначения стандартного сварного шва: «ГОСТ 15878-79-Кш-3×20/50», где ширина шва = 3, длина шва = 20, шаг шва = 50.
 |
| Рисунок 9 |
Электрозаклепки
Для конструктивных элементов приняты следующие обозначения (рисунки 10, 11):
t — расстояние между центрами соседних точек (шаг),
u — расстояние от цента точки или оси шва до края нахлестки.
Для электрозаклепок в обозначение шва сварного соединения попадают: диаметр литого ядра сварной точки и шаг между центрами соседних точек в ряду. Остальные параметры сварного соединения выбираются в соответствии с ГОСТ 14776-79 Дуговая сварка. Соединения сварные точечные.
На рисунке 10 схематично изображен электрозаклепочный шов с цепным расположением заклепок.
Пример обозначения стандартного сварного шва: «ГОСТ 14776-79-Н1-5/20», где диаметр электрозаклепки = 5, шаг = 20.
 |
| Рисунок 10 |
На рисунке 11 схематично изображен электрозаклепочный шов с шахматным расположением заклепок.
Пример обозначения стандартного сварного шва: «ГОСТ 14776-79-Н1-5Z20», где диаметр электрозаклепки = 5, шаг = 20.
 |
| Рисунок 11 |
MOSFET-транзисторы от компании ST
1. IGBT с рабочим напряжением 400 В для силовых инверторов,
2. IGBT с рабочим напряжением 600 В для мостовых и полумостовых драйверов управления электродвигателями в стационарных устройствах,
3. IGBT с рабочим напряжением 900…1300 В для силовых модулей и систем управления электродвигателями электромобилей.
Наиболее массовой является категория транзисторов с рабочим напряжением 600 В.
В таблицах 1, 2, 3 показаны характеристики некоторых IGBT каждой из указанных категорий.
Таблица 1. IGBT с рабочим напряжением 400 В
| Наименование | Напря-жение коллектор-эмиттер (Vces) max, В | Ток кол-лектора (I_C) (@ Tc = 100°C) max, А | Vce(sat) (при Tc = 125°C) тип., В | Ток кол-лектора(IC_DC) (@ Vce(sat)) тип., А | Потери на пере-ключение (Eoff) (при Tc=125°C) тип, мДж | Анти парал-лельные диоды | Частота переклю-чения max, кГц | Рассеива-емая мощность(PD) max, Вт | Тип корпуса |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| STGB10NB37LZ | 410 | 10 | 1,3 | 20 | 8,7 | – | 1 | 125 | D2PAK |
| STGP10NB37LZ | 410 | 10 | 1,3 | 20 | 8,7 | – | 1 | 125 | TO-220 |
| STGB10NB40LZ | 410 | 10 | 1,3 | 20 | 8,7 | – | 1 | 150 | D2PAK |
| STGB18N40LZ | 390 | 30 | 1,3 | 10 | – | – | 1 | 125 | D2PAK; TO-220 |
| STGD18N40LZ | 390 | 25 | 1,3 | 10 | – | – | 1 | 125 | DPAK; IPAK |
| STGP18N40LZ | 390 | 30 | 1,3 | 10 | – | – | 1 | 150 | TO-220 |
| STGB20NB37LZ | 400 | 20 | 1,3 | 20 | 17,8 | – | 1 | 200 | D2PAK |
| STGB20NB41LZ | 410 | 20 | 1,3 | 20 | 18,4 | – | 1 | 200 | D2PAK |
| STGB35N35LZ | 350 | 30 | 1,35 {amp}lt; /font{amp}gt; | 15 | – | – | 1 | 176 | D2PAK; TO-220 |
| STGP35N35LZ | 350 | 30 | 1,35 | 15 | – | – | 1 | 176 | TO-220 |
Таблица 2. IGBT с рабочим напряжением 600 В и током более 50 А
| Наименование | Напря-жение коллектор-эмиттер (Vces) max, В | Ток кол-лектора (I_C) (@ Tc = 100°C) max, А | Vce(sat) (при Tc = 125°C) тип., В | Ток кол-лектора(IC_DC) (@ Vce(sat)) тип., А | Потери на пере-ключение (Eoff) (при Tc=125°C) тип, мДж | Анти парал-лельные диоды | Частота переклю-чения max, кГц | Рассеива-емая мощность (PD) max, Вт | Тип корпуса |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| STGE50NC60VD | 600 | 50 | 1,7 | 40 | 1.4 | Ultra Fast | 50 | 260 | ISOTOP |
| STGE50NC60WD | 600 | 50 | 1,9 | 40 | 0,9 | Ultra Fast | 100 | 260 | ISOTOP |
| STGW50H60DF | 600 | 50 | 2,1 | 50 | 1,1 | Ultra Fast | 50 | 360 | TO-247 |
| STGW50HF60S | 600 | 60 | 1,05 | 30 | 7,8 | No | 1 | 284 | TO-247 |
| STGW50HF60SD | 600 | 50 | 1,05 | 30 | 7,8 | Low Drop | 1 | 284 | TO-247 |
| STGW50NC60W | 600 | 50 | 1,9 | 40 | 0,9 | – | 100 | 278 | TO-247 |
| STGY50NC60WD | 600 | 50 | 1,9 | 40 | 0,9 | Ultra Fast | 100 | 278 | Max247 |
| STGWA60NC60WDR | 600 | 60 | 1,9 | 40 | 0,9 | Ultra Fast | 100 | 340 | TO-247 long leads |
| STGW60H65F | 650 | 60 | 2,1 | 60 | 1,4 | – | 100 | 360 | TO-247 |
| STGE200NB60S | 600 | 150 | 1,2 | 150 | 92 | – | 1 | 600 | ISOTOP |
Таблица 3. IGBT с рабочим напряжением 900…1300 В
| Наименование | Напря-жение коллектор-эмиттер (Vces) max, В | Ток Кол-лектора (I_C) (@ Tc = 100°C) max, А | Vce(sat) (при Tc = 125°C) тип., В | Ток кол-лектора (IC_DC) (@ Vce(sat)) тип., А | Потери на переклю-чение (Eoff) (при Tc=125°C) тип, мДж | Анти парал-лельные диоды | Частота переклю-чения max, кГц | Рассеива-емая мощность(PD) max, Вт | Тип корпуса |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| STGW30N90D | 900 | 30 | 2 | 20 | 6,9 | Ultra Fast | 20 | 220 | TO-247 |
| STGF3NC120HD | 1200 | 3 | 2,2 | 3 | 0,6 | Ultra Fast | 20 | 25 | TO-220FP |
| STGD5NB120SZ | 1200 | 5 | 1,2 | 5 | 10 | – | 1 | 75 | DPAK; IPAK |
| STGB3NC120HD | 1200 | 7 | 2,2 | 3 | 0,6 | Ultra Fast | 20 | 75 | D2PAK |
| STGP3NC120HD | 1200 | 7 | 2,2 | 3 | 0,6 | Ultra Fast | 20 | 75 | TO-220 |
| STGW25H120DF | 1200 | 25 | 2,3 | 25 | 1,5 | Ultra Fast | 20 | 330 | TO-247 |
| STGW30N120KD | 1200 | 30 | 2,7 | 20 | 5,8 | Ultra Fast | 20 | 220 | TO-247 |
| STGW30NC120HD | 1200 | 30 | 2 | 20 | 6,9 | Ultra Fast | 20 | 220 | TO-247 |
| STGW35NC120HD | 1200 | 34 | 2 | 20 | 6,9 | Ultra Fast | 20 | 250 | TO-247-ll |
| STGW40N120KD | 1200 | 40 | 2,7 | 30 | 9,3 | Ultra Fast | 20 | 240 | TO-247 |
| STGW38IH130D | 1300 | 33 | 2 | 20 | 6,4 | Ultra Fast | 20 | 250 | TO-247; TO-247-ll |
| STGWT38IH130D | 1300 | 33 | 2 | 20 | 6,4 | Ultra Fast | 20 | 250 | TO-3P |
Кроме IGBT, компания ST выпускает также MOSFET-транзисторы, параметры наиболее выдающихся из которых приведены в таблице 6.
Таблица 6. Супер MOSFET-транзисторы от ST
| Наименование | VDSS, В | RDS(вкл) (при VGS=10 В) max, Ом | Ток стока (Dc)(I_D) max, A | Рассе-иваемая мощность (PD) max, Вт | Заряд переклю-чения (Qg) тип., нКл | Особенности | Заряд обратного восста-новления (Qrr) тип (нКл) | Время обратного восста-новления (trr) тип., нсек | Пиковый обратный ток (IRRM) ном., А | Тип корпуса |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| STE70NM50 | 500 | 0,05 | 70 | 600 | 190 | – | – | 552 | 42 | ISOTOP |
| STW27NM60ND | 600 | 0,016 | 21 | 160 | 80 | Fast diode | – | – | – | TO-247 |
| STW62NM60N | 600 | 0,049 | 55 | 350 | 130 | – | – | – | – | TO-247 |
| STW77N65DM5 | 650 | 0,043 | 65 | 400 | 185 | Fast diode | – | – | – | TO-247 |
| STW77N65M5 | 650 | 0,038 | 69 | 400 | 185 | – | – | – | – | TO-247 |
| STY112N65M5* | 650 | 0,019 | 93 | 450 | 360 | – | – | – | – | Max247 |
| STY60NM50 | 500 | 0,05 | 60 | 560 | 190 | – | – | 552 | 42 | Max247 |
| STY80NM60N | 600 | 0,035 | 74 | 560 | 360 | – | – | – | – | Max247 |
| * Выдающееся значение рабочего тока при низком сопротивлении открытого канала. |
Особого внимания также заслуживают высоковольтные силовые MOSFET-транзисторы: n-канальные с рабочим напряжением до 1500 В и p-канальные с рабочим напряжением до -500 В. Основные параметры транзисторов представлены в таблице 7.
Таблица 7. Высоковольтные MOSFET-транзисторы от ST
| Наименование | VDSS, В | RDS (вкл) (приVGS=10В) max, Ом | Ток стока (Dc)(I_D) max, А | Рассеива-емая мощность(PD) max, Вт | Заряд переклю-чения затвора(Qg) тип, нКл | Заряд обратного восстано-вления (Qrr) тип., нКл | Время обратного восстанов-ления (trr) тип, нсек | Макси-мальный обратный ток(IRRM) ном., А | Тип корпуса |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| n-канальные с рабочим напряжением 1500 В | |||||||||
| STFW3N150 | 1500 | 9 | 2.5 | 63 | 29,3 | – | – | – | TO-3PF |
| STFW4N150 | 1500 | 7 | 4 | 63 | 30 | – | – | – | TO-3PF |
| STP3N150 | 1500 | 12 | 2,5 | 140 | 18 | – | – | – | TO-220 |
| STP4N150 | 1500 | 7 | 3,1 | 160 | 35 | – | 510 | 12 | TO-220 |
| STW3N150 | 1500 | 9 | 2,5 | 140 | 29,3 | – | – | – | TO-247 |
| STW4N150 | 1500 | 7 | 4 | 160 | 30 | – | 510 | 12 | TO-247 |
| STW9N150 | 1500 | 2,5 | 8 | 320 | 89,3 | – | – | – | TO-247 |
| p-канальные с рабочим напряжением -500 В | |||||||||
| STD3PK50Z | 500 | 4 | -2,8 | 70 | 20 | – | – | – | DPAK |
Интеллектуальные силовыемодули (IPM) на базе IGBT-семейства SLLIMM от ST
Семейство SLLIMM интеллектуальных силовых модулей создано для удовлетворения требований широкого класса конечных приложений в диапазоне мощностей от 300 Вт до 2,0 кВт, таких как:
- Стиральные машины
- Посудомоечные машины
- Холодильники
- Драйверы компрессоров кондиционеров воздуха
- Швейные машины
- Насосы
- Электроинструменты
- Промышленные устройства управления малой мощности
Интеллектуальные силовые модули (IPM) на базе IGBT расширяют диапазон продуктов компании ST для силовых приложений. Это — решения с превосходными тепловыми характеристиками, которые упрощают разработку, объединяя специфичные для приложений IGBT и диоды, запатентованные функции управления, интеллектуальную защиту и множество дополнительных функций.
Модули IPM допускают непосредственное подключение к микроконтроллерам, преобразуя выходные сигналы микроконтроллера в мощные высоковольтные сигналы необходимой для управления электродвигателями формы. Один модуль способен заменить более 30 дискретных компонентов, значительно повышая надежность и уменьшая размер и стоимость изделий. На рисунке 3 показаны преимущества замещения дискретных компонентов интеллектуальным модулем.
Рис. 3. Преимущества замещения дискретных компонентов интеллектуальным модулем
В состав каждого интеллектуального модуля входят следующие узлы и компоненты:
- Трехфазный IGBT мостовой инвертор, включающий:
Шесть IGBT с малыми потерями и схемами защиты от коротких замыканий,
Шесть диодов свободного хода (freewheeling) с малым падением напряжения и плавным восстановлением;
- Три ИС управления для управления и защиты ключей, включая:
Функцию интеллектуального отключения,
Компаратор для защиты от превышения током предельно допустимого значения при коротком замыкании,
Операционный усилитель для увеличения чувствительности датчика тока,
Три интегрированных ограничительных диода,
Функцию взаимного отключения,
Блокировку при перегрузках по напряжению;
- Терморезисторы с отрицательным ТКС (NTC) для наблюдения за температурой;
- Конфигурация с открытым эмиттером для установки индивидуального для каждой фазы датчика тока;
- Полностью изолированный корпус, выполненный по технологии DBC с повышенной теплоотдачей;
- Номинальное напряжение изоляции 2500В с.к.з.;
- Некоторые пассивные компоненты для оптимизации скорости переключения IGBT транзисторов;
- Схемы смещения для драйверов ключей верхнего плеча и фильтрации помех.
Модули IPM компании ST используют корпуса, выполненные по технологии DBC (direct-bond copper) — прямой металлизации медью, и процессы вакуумной сварки, что гарантирует лучший отвод тепла и меньшее электрическое сопротивление и позволяет получать большие удельные мощности и увеличивать надежность систем.
Угловые швы при сварке. Отличительные особенности.
Особенности
- 600 В, трехфазный мостовой инвертор на базе IGBT, включая ИС управления ключами и диоды свободного хода
- Защита IGBT от короткого замыкания
- Полностью изолированный корпус, выполненный по технологии DBC с повышенной теплоотдачей
- Функция интеллектуального отключения
- Компаратор для защиты от превышения током предельно допустимого значения при коротком замыкании
- Операционный усилитель для увеличения чувствительности датчика тока
- Встроенные ограничительные диоды
- Малый форм-фактор
Преимущества
- Удобство управления от микроконтроллера
- Высокая эффективность и надежность
- Очень низкое тепловое сопротивление Rth
- Уменьшенное количество компонентов
- Оптимизированная топология печатной платы
- Уменьшение размера печатной платы (компактная конструкция)
- Малая интенсивность отказов
- Простота реализации алгоритма управления по полю (FOC) без использования дополнительных датчиков
В таблице 4 представлены основные характеристики IPM компании ST.
Таблица 4. Основные характеристики интеллектуальных силовых модулей (IPM) компании ST
| Особенности | Базовая версия | Полнофункциональная версия | |||
|---|---|---|---|---|---|
| STGIPS10K60A | STGIPS14K60 | STGIPL14K60 | STGIPS20K60 | STGIPL20K60 | |
| Рабочее напряжение, В | 600 | 600 | 600 | 600 | 600 |
| Рабочий ток при TC=25 °C, А | 10 | 14 | 15 | 18 | 20 |
| RthJC max. Для одного IGBT, °C/Вт | 3,8 | 3 | 2,8 | 2,4 | 2,2 |
| Тип корпуса | SDIP-25L | SDIP-25L | SDIP-38L | SDIP-25L | SDIP-38L |
| Размер корпуса, мм (X, Y, Z) | 44,4×22,0×5,4 | 44,4×22,0×5,4 | 49,6×24,5×5,4 | 44,4×22,0×5,4 | 49,6×24,5×5,4 |
| Технология DBC | Да | Да | Да | Да | Да |
| NTC | Да | Да | Да | Да | Да |
| Встроенные ограничительные диоды | Да | Да | Да | Да | Да |
| Функция SD | Нет | Да | Да | Да | Да |
| Компаратор для защиты от коротких замыканий | Нет | Да (1 вывод) | Да (3 вывода) | Да (1 вывод) | Да (3 вывода) |
| Функция интеллектуального отключения | Нет | Да | Да | Да | Да |
| Операционный усилитель для увеличения чувствительности датчика тока | Нет | Нет | Да | Нет | Да |
| Функция взаимного выключения | Да | Да | Да | Да | Да |
| Блокировка при перегрузке по напряжению | Да | Да | Да | Да | Да |
| Конфигурация с открытым эмиттером | Да (3 вывода) | Да (3 вывода) | Да (3 вывода) | Да (3 вывода) | Да (3 вывода) |
| Совместимость с входными логическими уровнями 3,3/5 В | Да | Да | Да | Да | Да |
| Входной сигнал для IGBT-транзисторов верхнего плеча | Высокий активный уровень | Высокий активный уровень | Высокий активный уровень | Высокий активный уровень | Высокий активный уровень |
| Входной сигнал для IGBT-транзисторов нижнего плеча | Высокий активный уровень | Низкий активный уровень | Низкий активный уровень | Низкий активный уровень | Низкий активный уровень |
Процесс угловой сварки характеризуется рядом отличительных особенностей. Рассмотрим наиболее приемлемые способы, при помощи которых осуществляется сварка угловых соединений.
Если плоскость шва расположена внизу, то сваривать детали лучше по способу «лодочки». Такой метод позволит получить максимально качественный шов и он хорошо подходит для новичков в выполнении сварочных работ. Изделие ставится в V-образную форму, напоминающую лодку, отсюда и название метода.
Однако, такие подходящие условия для создания углового шва, не всегда присутствуют. Зачастую, в месте соединения металлических изделий посредством «лодочки», тавровые сварные швы образуются таким образом, что одна из поверхностей находится строго в вертикальном положении, другая – в горизонтальном.
В подобной ситуации непросто получить качественное соединение, т.к. в верхней части угла и в горизонтальной плоскости шва деталь может не провариться. На плоскости, расположенной вертикально, могут появиться подрезы. Причиной их возникновения может стать стекающий вниз расплавленный металл.
Для того, чтобы избежать появления вышеуказанных дефектов, важно вести электрод по линии сварки легкими колебательными движениями.
Чтобы исключить риск непровара, возбуждение сварочной дуги должно начинаться на дистанции 3-4 мм от кромки катета на нижней горизонтальной плоскости. После, дугу надо направить на верхнюю точку шва и задержать ее там. Таким образом, вы получите хорошо проваренную деталь.
Для получения качественного и прочного углового сварного шва, нужно четко придерживаться последовательности действий. Для создания углового соединения подойдет любой сварочный аппарат. Не забывайте о мерах предосторожности и выполняйте сварочные работы в защитном костюме и маске.
Оценочные платы от ST
Компания ST выпускает ряд оценочных плат на базе IGBT и интеллектуальных модулей на их основе. В таблице 5 приведены основные отличительные особенности этих плат.
Таблица 5. Оценочные платы на базе IGBT и модулей от ST
| Наименование | Особенности | Внешний вид |
|---|---|---|
| STEVAL-IHM025V1 | 1 x IGBT SLLIMM STGIPL14K60 1 преобразователь, основанный на Viper16 1 xIGBT STGP10NC60KD | |
| STEVAL-IHM027V1 | 1 x IGBT SLLIMM STGIPS10K60A 1 преобразователь, основанный на Viper16 1 xIGBT STGP10NC60KD | |
| STEVAL-IHM028V1 | 1 x IGBT SLLIMM STGIPS20K60 1 x ШИМ SMPS VIPer26LD 1 x IGBT STGW35NB60SD | |
| STEVAL-IHM021V1 | 3 интеллектуальных драйвера с ШИМ L6390 6 мощных переключательных MOSFET-транзисторов STD5N52U | |
| STEVAL-IHM023V1 | 3 интеллектуальных драйвера с ШИМ L6390 7 мощных переключательных IGBT STGP10NC60KD | |
| STEVAL-IHM024V1 | 3 интеллектуальных драйвера с ШИМ L6390 6 мощных переключательных IGBT STGDL35NC60DI |
Универсальная оценочная плата STEVAL-IHM028V1 разработана на базе интеллектуального модуля трехфазного мостового инвертора STGIPS20K60 компании ST с рабочим напряжением 600 В и рабочим током 20 А. Модуль имеет встроенные компараторы для аппаратной защиты (такой как защита от перегрузок по току и защита от перегрева).
Оценочная плата STEVAL-IHM028V1 имеет следующие отличительные особенности:
- Законченное решение для силового инвертора мощностью 2 кВт,
- Подключение к однофазной силовой сети с напряжением 90…285 В переменного тока или к источнику постоянного тока с напряжением до 400 В,
- Входной удвоитель напряжения для подключения к низковольтной силовой сети переменного тока,
- Ограничитель входного пускового тока с проходным реле,
- Устройство активного торможения с компаратором перегрузки по напряжению;
- Измерение тока как с тремя, так и с одним датчиком тока;
- Возможность подключения датчиков Холла или энкодера,
- Вход тахометра,
- Аппаратная защита от перегрева и перегрузок по току,
- Активное воздушное охлаждение с автоматическим переключением при повышении температуры,
- Компактная и безопасная конструкция,
- Универсальная платформа для проведения последующих экспериментов.
Литература
1. ST. AN1491. IGBT BASICS. Ссылка
2. ST. 600 V SiC diodes. Ссылка
3. Ссылка
4. Ссылка
