Введение в промышленную и силовую электронику

1. «Промышленная электроника» относится к числу наиболее важных курсов для подготовки современных инженеров — электриков, электромехаников, электроэнергетиков и инженеров других электротехнических специальностей. Будущие специалисты изучают: основные типы приборов и схем, используемых в электронике; принцип действия и особенности линейных, импульсных и цифровых устройств для обработки сигналов в электронных системах управления и отображения информации; принцип действия и особенности выпрямителей, инверторов и других преобразователей электрической энергии, применяемых в электроприводе, электрической тяге, электротехнологии, электроэнергетике и т. д. Даже из этого краткого общего перечня видно, что промышленная электроника является базой дальнейшего прогресса, в частности основой автоматизации многих областей промышленности, транспорта и энергетики.

В то же время для большинства  перечисленных специальностей промышленную электронику можно отнести скорее к общеинженерным, чем к специальным  дисциплинам. Из этого следует, что  главная цель данного курса —  не столько научить студента разрабатывать  те или иные функционально законченные  электронные, сколько научить его  понимать принцип действия этих устройств, уметь грамотно эксплуатировать  их и формулировать задание на разработку нового устройства. Это  и отражено в названиях указанной  дисциплины «Промышленная электроника.

Наряду со схемами на дискретных транзисторах (биполярных и полевых) рассматриваются различные устройства обработки информации на интегральных микросхемах, разнообразные индикаторные приборы, предназначенных для отображения информации. Изложение вопросов преобразовательной техники базируется на применении полупроводниковых приборов — диодов, тиристоров, силовых транзисторов. Значительное внимание уделено импульсным преобразователям постоянного напряжения, автономным инверторам и другим преобразователям, получающим в последнее время все большее развитие.

Материал по полупроводниковым  приборам, составляющим элементную базу современной промышленной электроники, излагается с позиций изучения их принципов действия и необходимости  учета влияния параметров этих приборов на работу рассматриваемых устройств.  

2.Силовая электроника  – одна из бурно развивающихся  областей электроники в XXI веке. Наиболее перспективным направлением  являются интеллектуальные силовые  компоненты: интегрированные силовые  микросхемы, ключи и модули. Это  направление стремительно развивается  благодаря успехам в совершенствовании  технологии изготовления и значительному  улучшению параметров мощных  полевых транзисторов (MOSFET), биполярных  транзисторов с изолированным  затвором (IGBT), силовых драйверов  более высокой степени интеграции. Интеграция схем управления (драйверов,  контроллеров) в силовые ключи  и затем в исполнительные устройства  и механизмы стала и необходимым,  и оправданным шагом.  
Cиловая электроника (Power Electronics) базируется на ключевых режимах преобразования энергии и связана с современными методами анализа и синтеза электронных цепей, которые обеспечивают эффективные преобразование, управление и регулирование электрической энергии с помощью силовых полупроводниковых приборов. 
Основными приборами силовой электроники в области коммутируемых токов до 50 А являются: диоды (Diodes); 
тиристоры (Thyristors, SCR); 
биполярные транзисторы (BPT); 
биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT); 
полевые транзисторы с изолированным затвором (MOSFET); 
силовые интегральные схемы (Power IC); 
интеллектуальные силовые интегральные схемы (Smart Power IC). 
Основные приборы силовой электроники в области коммутируемых токов более 50 А: 
силовые модули на базе биполярных транзисторов; 
силовые модули на базе IGBT; 
тиристоры; 
запираемые тиристоры (GTO, IGCT); 
диоды.

Самыми распространенными  приборами в диапазоне до 50 А  являются полевые транзисторы с  изолированным затвором – 
MOSFET. Эти приборы обладают малыми статическими и динамическими потерями, незначительными затратами на управление, крайне небольшими временами переключения и работают на частотах до 1 МГц. Это позволило практически полностью вытеснить из низковольтных преобразовательных устройств (< 200 В) все остальные типы силовых полупроводниковых приборов. Совершенствование технологии изготовления MOSFET расширило область применения приборов этого класса в диапазоне коммутируемых напряжений 600–1000 В и при мощностях до 10 кВт MOSFET заменили силовые биполярные транзисторы. 
В области средних напряжений (500–600 В и выше) предпочтительны биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT – Insulated Gate Bipolar Transistors). 
В настоящее время IGBT обеспечивают коммутацию токов до 3600 А и напряжений до 6,5 кВ. При этом времена переключения биполярных транзисторов с изолированным затвором лежат в диапазоне 200–400 нс. МОП-управляемые приборы стимулировали развитие силовых модулей, в которых ключевые, а в некоторых случаях и информационные элементы, соединяются методами пленочной технологии на общей теплопроводящей изолирующей подложке, образуя всю или часть силовой схемы преобразовательного устройства. 
Силовые модули разделяются на обычные (стандартные) IGBT-модули и интеллектуальные. Стандартные модули выпускаются в одно-, двух-, четырех- и шестиключевом исполнении с обратными быстровосстанавливающимися диодами (FRD — Fast Recovery Diodes) или без них. Интеллектуальные силовые модули (IPM –Intelligent Power Modules) кроме силовой части схемы преобразователя (мостового одно- или трехфазного выпрямителя, мостового инвертора) содержат в едином корпусе также датчики, схемы драйверов, защиты, диагностики, источников питания и т.п. Стандартные IGBT-модули можно условно разбить на два типа: паяной конструкции с изолированным основанием и прижимной (Press-Pack).

Министерство образования и  науки Российской Федерации

Новосибирский Государственный Технический  Университет

Реферат на тему:

«Введение в промышленную и силовую  электронику»

  Факультет: РЭФ

Группа: РП4-11

       Студент: Тюгай С.Д.

                          Преподаватель: Мартинович М.В.

Новосибирск 2012