FRD100CA120 - मॉड्यूल / इलेक्ट्रॉनिक घटक / अर्धचालक FRD100CA120 FRD1OOCA12O

सैनरेक्स FRD100CA120 | फास्ट रिकवरी डायोड पावर मॉड्यूल — 1200V Vrrm, 100A Ifa, 1.80V फॉरवर्ड ड्रॉप, 16600A²s I²t, DCB आइसोलेटेड बेस प्लेट, 2500V आइसोलेशन

अवलोकन

सैनरेक्स FRD100CA120 एक 1200V / 100A फास्ट रिकवरी डायोड पावर मॉड्यूल है — जो औद्योगिक पावर इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए सैनरेक्स के स्थापित उच्च-करंट डायोड मॉड्यूल पेशकशों में से एक है।पावर रूपांतरण सर्किट में, सभी डायोड समान नहीं होते हैं। स्टैंडर्ड रेक्टिफायर डायोड (50/60Hz मेन रेक्टिफिकेशन के लिए डिज़ाइन किए गए) फॉरवर्ड बायस्ड होने पर अपने जंक्शन में चार्ज स्टोर करते हैं और जब उनके पार वोल्टेज रिवर्स होता है तो इसे रिवर्स करंट के रूप में छोड़ते हैं — एक घटना जिसे रिवर्स रिकवरी कहा जाता है।

मेन फ्रीक्वेंसी पर धीमी रेक्टिफिकेशन के लिए, यह रिवर्स रिकवरी करंट साइकिल टाइम के सापेक्ष संक्षिप्त होता है और इसका व्यावहारिक महत्व कम होता है।

उच्च-आवृत्ति स्विचिंग सर्किट के लिए, जहां लागू वोल्टेज माइक्रोसेकंड में उलट जाता है, एक धीमी-रिकवरी डायोड का रिवर्स करंट पल्स फॉरवर्ड करंट जितना बड़ा हो सकता है और स्विच के माध्यम से सप्लाई रेल को शॉर्ट-सर्किट करने के लिए पर्याप्त समय तक चल सकता है, जिससे विनाशकारी करंट स्पाइक्स उत्पन्न होते हैं और महत्वपूर्ण शक्ति का क्षय होता है।

फास्ट रिकवरी डायोड विभिन्न सेमीकंडक्टर संरचनाओं के साथ बनाए जाते हैं — अनुकूलित जंक्शन डोपिंग प्रोफाइल, संकीर्ण बेस चौड़ाई, और नियंत्रित जीवनकाल — संग्रहीत चार्ज को कम करने और रिवर्स रिकवरी प्रक्रिया को तेज करने के लिए।

परिणाम एक डायोड है जो कई माइक्रोसेकंड के बजाय माइक्रोसेकंड के एक अंश में रिवर्स दिशा में कंडक्शन बंद कर देता है।

FRD100CA120 का 1200V ब्लॉकिंग वोल्टेज 3-फेज 400VAC-फेड ड्राइव के मानक डीसी लिंक बस वोल्टेज (लगभग 560VDC रेक्टिफाइड बस प्लस डेरैटिंग मार्जिन के साथ) को कवर करता है, और 100A करंट रेटिंग इसे मध्यम-शक्ति वेरिएबल-फ्रीक्वेंसी ड्राइव फ्रीव्हीलिंग और रेक्टिफायर अनुप्रयोगों के क्षेत्र में रखती है।

सैनरेक्स (एक शिंडेनजेन कंपनी) 1970 के दशक से औद्योगिक स्वचालन के लिए पावर सेमीकंडक्टर मॉड्यूल का उत्पादन कर रहा है, और उनके FRD श्रृंखला डायोड मॉड्यूल को सर्वो ड्राइव और इन्वर्टर रखरखाव समुदाय में विश्वसनीय घटकों के रूप में पहचाना जाता है जिनकी विद्युत विशेषताएं अनुमानित होती हैं।

FRD100CA120 सेमित्रॉन, इन्फिनॉन, पॉवररेक्स, और अन्य प्रमुख मॉड्यूल निर्माताओं द्वारा उपयोग किए जाने वाले मानक अंतरराष्ट्रीय पैकेज फुटप्रिंट में फिट बैठता है — सिस्टम रखरखाव के लिए एक व्यावहारिक लाभ जब मूल मॉड्यूल प्रकार उपलब्ध नहीं होता है।

मुख्य विनिर्देश

पैरामीटर

1200V Vrrm रेटिंग अधिकतम वोल्टेज को परिभाषित करती है जिसे डायोड रिवर्स-बायस्ड होने पर एवलांच ब्रेकडाउन के बिना ब्लॉक करता है।

एक 3-फेज 400VAC सिस्टम में, रेक्टिफाइड डीसी बस वोल्टेज लगभग 565VDC होता है। मानक सुरक्षा डेरैटिंग के साथ (सामान्य संचालन में डिवाइस वोल्टेज रेटिंग लागू ब्लॉकिंग वोल्टेज का कम से कम 1.5–2 गुना होनी चाहिए, जिसमें क्षणिक के लिए अतिरिक्त मार्जिन हो), 1200V 400–480VAC सिस्टम के लिए उपयुक्त वोल्टेज वर्ग है।

एक 600V डिवाइस में लोड स्विचिंग, मोटर ग्राउंड फॉल्ट और लाइन गड़बड़ी के कारण क्षणिक ओवरवोल्टेज के लिए अपर्याप्त मार्जिन होगा। एक 1700V डिवाइस अधिक मार्जिन प्रदान करता है लेकिन उच्च लागत और आम तौर पर थोड़ा अधिक फॉरवर्ड वोल्टेज पर।

100A Ifa रेटिंग — Tc = 78°C केस तापमान पर निर्दिष्ट — जंक्शन तापमान सीमा को पार किए बिना मॉड्यूल द्वारा संभाले जाने वाले निरंतर फॉरवर्ड करंट को परिभाषित करती है। केस तापमान की स्थिति महत्वपूर्ण है: एक डायोड मॉड्यूल की वर्तमान क्षमता पूरी तरह से इस बात पर निर्भर करती है कि उसकी गर्मी कितनी अच्छी तरह दूर की जाती है।

Tc = 78°C पर (एक केस तापमान जिसके लिए पर्याप्त थर्मल प्रबंधन की आवश्यकता होती है — हीट सिंक, थर्मल इंटरफ़ेस सामग्री, और पर्याप्त हवा या तरल शीतलन), डायोड लगातार 100A का संचालन करता है।

यदि अपर्याप्त शीतलन के कारण केस तापमान 78°C से ऊपर बढ़ जाता है, तो मॉड्यूल की डेरैटिंग वक्र के अनुसार रेटेड करंट को डेरैट किया जाना चाहिए।

2000A का Ifsm मॉड्यूल की अल्पकालिक फॉल्ट करंट को झेलने की क्षमता को परिभाषित करता है — उदाहरण के लिए, एक ड्राइव इन्वर्टर में एक विफल स्विच के माध्यम से एक बड़े डीसी लिंक कैपेसिटर बैंक का डिस्चार्ज। 16,600A²s का I²t ऊर्जा अवशोषण सीमा है जिसे डायोड विनाश के बिना झेल सकता है — ओवरकरंट सुरक्षा के लिए उपयुक्त फ्यूज का चयन करने के लिए उपयोग किया जाता है।

DCB टेक्नोलॉजी — मॉड्यूल को विश्वसनीय क्या बनाता है

DCB (डायरेक्ट कॉपर बॉन्डेड) सब्सट्रेट मॉड्यूल की विश्वसनीयता की नींव है। एक पावर सेमीकंडक्टर मॉड्यूल में, सिलिकॉन डाई कंडक्शन के दौरान गर्मी उत्पन्न करता है, और यह गर्मी सब्सट्रेट से बेस प्लेट और फिर हीट सिंक तक प्रवाहित होनी चाहिए।

इस पथ में कोई भी थर्मल प्रतिरोध किसी दिए गए पावर डिसिपेशन के लिए जंक्शन तापमान को बढ़ाता है।

DCB सब्सट्रेट एक उच्च-तापमान प्रसार प्रक्रिया का उपयोग करके तांबे की परतों को सीधे एक सिरेमिक इन्सुलेटर (आमतौर पर एल्यूमिना Al₂O₃ या एल्यूमीनियम नाइट्राइड AlN) से जोड़ता है, जिससे तांबे और सिरेमिक के बीच एक धातुकर्म बंधन बनता है — सोल्डर नहीं, चिपकने वाला नहीं।

यह प्रत्यक्ष बंधन पुराने सोल्डर किए गए या एपॉक्सी-बॉन्डेड सिरेमिक सब्सट्रेट्स की तुलना में कम थर्मल प्रतिरोध और थर्मल साइक्लिंग थकान के लिए बेहतर प्रतिरोध प्रदान करता है।

जैसे-जैसे मॉड्यूल वर्षों की सेवा में कई ऑपरेटिंग चक्रों के माध्यम से गर्म और ठंडा होता है, DCB सब्सट्रेट अपने थर्मल कनेक्शन को बनाए रखता है जबकि सोल्डर-बॉन्डेड संरचनाएं शून्य और डेलैमिनेशन विकसित कर सकती हैं जो थर्मल प्रतिरोध को बढ़ाती हैं और अंततः समय से पहले विफलता का कारण बनती हैं।

DCB सब्सट्रेट सेमीकंडक्टर उपकरणों (जो डीसी बस क्षमता पर काम करते हैं) और बेस प्लेट (जो हीट सिंक पर लगाया जाता है, आमतौर पर सिस्टम में ग्राउंड क्षमता पर) के बीच 2500V आइसोलेशन भी प्रदान करता है।

यह आइसोलेशन मॉड्यूल को अधिकांश इंस्टॉलेशन में अतिरिक्त आइसोलेटिंग पैड के बिना सीधे धात्विक हीट सिंक पर माउंट करने की अनुमति देता है।

मोटर ड्राइव सिस्टम में फास्ट रिकवरी डायोड अनुप्रयोग

वेरिएबल-फ्रीक्वेंसी ड्राइव और सर्वो ड्राइव पावर इलेक्ट्रॉनिक्स में FRD100CA120 के विशिष्ट अनुप्रयोगों में कई अलग-अलग सर्किट पोजीशन शामिल हैं:

इन्वर्टर ब्रिज में फ्रीव्हीलिंग डायोड:

तीन-फेज PWM इन्वर्टर में, प्रत्येक IGBT स्विच को एक फ्रीव्हीलिंग (एंटी-पैरेलल) डायोड के साथ जोड़ा जाता है। जब IGBT PWM ऑपरेशन के दौरान बंद हो जाता है, तो मोटर का इंडक्टिव करंट अगले स्विचिंग इवेंट तक फ्रीव्हीलिंग डायोड के माध्यम से प्रवाहित होता रहता है।इन डायोड को IGBT के फिर से चालू होने पर अपने फॉरवर्ड कंडक्शन स्टेट से जल्दी से ठीक होना चाहिए — यदि उनकी रिकवरी धीमी है, तो रिवर्स करंट रिकवरी अवधि के लिए IGBT के माध्यम से प्रवाहित होता है, जिससे स्विचिंग लॉस और IGBT पर तनाव बढ़ जाता है।

इसलिए फास्ट रिकवरी इन्वर्टर फ्रीव्हीलिंग डायोड के लिए एक बुनियादी आवश्यकता है।

PFC सर्किट में बूस्ट स्टेज फ्रीव्हीलिंग:

एक्टिव पावर फैक्टर करेक्शन सर्किट बूस्ट कनवर्टर टोपोलॉजी का उपयोग करते हैं जहां बूस्ट आउटपुट स्टेज में एक फास्ट डायोड रेक्टिफाइड वोल्टेज को ब्लॉक करता है और इंडक्टर करंट का संचालन करता है। डायोड बूस्ट कनवर्टर की स्विचिंग फ्रीक्वेंसी — आमतौर पर 20–100kHz — पर स्विच करता है, जिसके लिए लॉस और कंडक्टेड EMI को कम करने के लिए फास्ट रिकवरी की आवश्यकता होती है।ब्रेक चॉपर फ्रीव्हीलिंग:

ब्रेक चॉपर वाले ड्राइव सिस्टम में (एक स्विच जो डीसी लिंक वोल्टेज बढ़ने पर रेसिस्टर में ब्रेकिंग ऊर्जा को नष्ट करता है), एक फ्रीव्हीलिंग डायोड को चॉपर स्विच के पार जोड़ा जाता है ताकि चॉपर के ऑफ पीरियड के दौरान ब्रेकिंग रेसिस्टर के इंडक्टर करंट को रीसर्कुलेट किया जा सके।अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न

Q1: फास्ट रिकवरी डायोड और अल्ट्राफास्ट डायोड के बीच क्या अंतर है, और FRD100CA120 किस श्रेणी में आता है?

अंतर मुख्य रूप से रिवर्स रिकवरी टाइम (trr) में है — डायोड के करंट के रिवर्स होने से लेकर डायोड के पूरी तरह से ब्लॉक होने तक का समय। फास्ट रिकवरी डायोड में आमतौर पर 100–500 नैनोसेकंड की रेंज में trr मान होते हैं, जबकि अल्ट्राफास्ट डायोड 100ns से नीचे trr प्राप्त करते हैं।

FRD100CA120 का सटीक trr सैनरेक्स डेटाशीट में निर्दिष्ट है — FRD श्रृंखला पदनाम फास्ट रिकवरी को इंगित करता है। लगभग 20kHz (औद्योगिक ड्राइव PWM में आम) तक की स्विचिंग फ्रीक्वेंसी के लिए, फास्ट रिकवरी डायोड आम तौर पर पर्याप्त होते हैं।

उच्च फ्रीक्वेंसी (50kHz से ऊपर) के लिए उच्च-प्रदर्शन कन्वर्टर्स में, स्विचिंग लॉस को और कम करने के लिए अल्ट्राफास्ट या SiC Schottky डायोड को प्राथमिकता दी जा सकती है।

Q2: Ifsm 2000A है। क्या यह डायोड सुरक्षा के बिना डीसी लिंक शॉर्ट सर्किट का सामना कर सकता है?

नहीं। Ifsm (गैर-पुनरावृत्ति पीक फॉरवर्ड सर्ज करंट) डायोड की एकल, संक्षिप्त करंट पल्स को झेलने की क्षमता का प्रतिनिधित्व करता है — आमतौर पर विशिष्ट अवधि (आमतौर पर IEC मानकों के अनुसार 8.3ms या 10ms) के आधे-चक्र साइन-वेव पल्स के लिए परिभाषित किया जाता है।

एक ड्राइव सिस्टम में डीसी लिंक शॉर्ट सर्किट 2000A से काफी अधिक निरंतर फॉल्ट करंट प्रदान कर सकता है, और I²t मान (16,600A²s) ऊर्जा सीमा को परिभाषित करता है जिसे डायोड विनाश से पहले अवशोषित करता है।

सेमीकंडक्टर सुरक्षा प्रणाली — अपस्ट्रीम फ्यूज, IGBT गेट ड्राइवर डीसैचुरेशन डिटेक्शन, या करंट-लिमिटिंग रिएक्टर — को फॉल्ट को क्लियर करना चाहिए इससे पहले कि डायोड के माध्यम से ऊर्जा उसकी I²t रेटिंग से अधिक हो जाए।

डायोड सुरक्षा के लिए फ्यूज चयन डायोड की रेटिंग से कम I²t लेट-थ्रू मान वाले फ्यूज का चयन करने के लिए I²t मान का उपयोग करता है।

Q3: क्या FRD100CA120 सेमित्रॉन, इन्फिनॉन, या पॉवररेक्स जैसे अन्य निर्माताओं के समान मॉड्यूल का सीधा समकक्ष है?

FRD100CA120 की विद्युत रेटिंग (1200V, 100A, 1.80V फॉरवर्ड वोल्टेज) और 34mm बेस चौड़ाई के साथ मानक पैकेज फुटप्रिंट सेमित्रॉन (उदाहरण के लिए SKE100/16), इन्फिनॉन (DD100N12K), और पॉवररेक्स के मॉड्यूल के साथ अंतरराष्ट्रीय मानक पैकेज के साथ संगत हैं जो समान रेटिंग वर्ग में हैं।

इस मानक पैकेज के भीतर यांत्रिक माउंटिंग आयाम और टर्मिनल पोजीशन आम तौर पर निर्माताओं के बीच सुसंगत होते हैं, जिससे क्रॉस-रिप्लेसमेंट की सुविधा मिलती है।

हालांकि, विद्युत मापदंडों — विशेष रूप से रिवर्स रिकवरी टाइम (trr), रिकवरी चार्ज (Qrr), और थर्मल प्रतिरोध जंक्शन-टू-केस (Rth(j-c)) — को विशिष्ट अनुप्रयोग सर्किट में संगतता की पुष्टि करने के लिए मूल विनिर्देश और प्रतिस्थापन मॉड्यूल के बीच तुलना की जानी चाहिए।

समान रेटिंग वर्ग में विभिन्न निर्माताओं के मॉड्यूल में अलग-अलग गतिशील विशेषताएं हो सकती हैं।

Q4: रेटेड करंट क्षमता प्राप्त करने के लिए FRD100CA120 मॉड्यूल को कैसे माउंट किया जाना चाहिए?

Tc = 78°C पर 100A रेटिंग के लिए आवश्यक है कि पूर्ण-लोड ऑपरेटिंग परिस्थितियों में मॉड्यूल की बेस प्लेट तापमान 78°C या उससे कम बनाए रखा जाए।

इसे प्राप्त करने के लिए आवश्यक है: मॉड्यूल बेस प्लेट और हीट सिंक के बीच थर्मल इंटरफ़ेस सामग्री (थर्मल ग्रीस या प्री-कट थर्मल पैड) संपर्क थर्मल प्रतिरोध को कम करने के लिए; कुल पावर डिसिपेशन के लिए पर्याप्त हीट सिंक थर्मल प्रतिरोध (100A फॉरवर्ड करंट पर Vfm = 1.80V के साथ, कंडक्शन लॉस लगभग 180W है); और हीट सिंक फिन पर पर्याप्त वायु प्रवाह।

माउंटिंग स्क्रू को मॉड्यूल के सिरेमिक सब्सट्रेट को नुकसान पहुंचाए बिना समान थर्मल संपर्क दबाव सुनिश्चित करने के लिए सैनरेक्स के डेटाशीट में निर्दिष्ट टॉर्क तक कसा जाना चाहिए।

Q5: डेटाशीट I²t का 16,600A²s निर्दिष्ट करती है। व्यवहार में इस मान का उपयोग कैसे किया जाता है?

I²t (समय के संबंध में करंट के वर्ग का अभिन्न) वह थर्मल ऊर्जा है जिसे डायोड के सिलिकॉन जंक्शन ओवरकरंट घटना के दौरान अवशोषित करता है। फ्यूज को अधिकतम लेट-थ्रू I²t के साथ रेट किया जाता है — वह ऊर्जा जो वे अपने क्लियरिंग टाइम के दौरान पास करते हैं।

डायोड को उसके अपस्ट्रीम फ्यूज द्वारा क्लियर किए गए फॉल्ट को झेलने के लिए, फ्यूज के I²t लेट-थ्रू मान को डायोड के I²t रेटिंग 16,600A²s से कम होना चाहिए।

निर्माता कैटलॉग में फ्यूज चयन तालिकाएं विभिन्न फ्यूज रेटिंग और फॉल्ट करंट स्तरों के लिए I²t लेट-थ्रू मान सूचीबद्ध करती हैं, जिससे सुरक्षा इंजीनियर यह सत्यापित कर सकता है कि चयनित फ्यूज डायोड की सुरक्षा करता है।

16,600A²s से अधिक I²t वाला फ्यूज सर्किट खुलने से पहले डायोड को नष्ट करने के लिए क्लियरिंग के दौरान डायोड के माध्यम से पर्याप्त ऊर्जा पास करेगा।