Módulo de poder
Un módulo de potencia o módulo electrónico de potencia proporciona la contención física para varios componentes de potencia , generalmente dispositivos semiconductores de potencia . Estos semiconductores de potencia (los llamados troqueles ) generalmente se sueldan o sinterizan en un sustrato electrónico de potencia que transporta los semiconductores de potencia, proporciona contacto eléctrico y térmico y aislamiento eléctrico donde sea necesario. En comparación con los semiconductores de potencia discretos en carcasas de plástico como TO-247 o TO-220 , los paquetes de potencia proporcionan una mayor densidad de potencia y, en muchos casos, son más fiables.
Además de los módulos que contienen un solo interruptor electrónico de potencia (como MOSFET , IGBT , BJT , tiristor , GTO o JFET ) o diodo , los módulos de potencia clásicos contienen múltiples matrices de semiconductores que están conectados para formar un circuito eléctrico de cierta estructura, llamada topología. Los módulos también contienen otros componentes, como condensadores cerámicos para minimizar los sobreimpulsos de voltaje de conmutación y termistores NTC para monitorear la temperatura del sustrato del módulo. Ejemplos de topologías ampliamente disponibles implementadas en módulos son:
Además de los contactos de tornillo tradicionales, la conexión eléctrica entre el módulo y otras partes del sistema electrónico de potencia también se puede lograr mediante contactos de clavija (soldados en una PCB ), contactos de ajuste a presión presionados en las vías de la PCB , contactos de resorte que presionan inherentemente en contacto áreas de una PCB o por contacto de presión pura donde las áreas superficiales resistentes a la corrosión se presionan juntas directamente. [4] Los pines de ajuste a presión logran una confiabilidad muy alta y facilitan el proceso de montaje sin necesidad de soldadura. [5] En comparación con las conexiones de ajuste a presión, los contactos de resorte tienen la ventaja de permitir la extracción fácil y no destructiva de la conexión varias veces, como para inspeccionar o reemplazar un módulo, por ejemplo. [6]Ambos tipos de contacto tienen una capacidad de conducción de corriente bastante limitada debido a su área de sección transversal comparativamente baja y su pequeña superficie de contacto. Por lo tanto, los módulos a menudo contienen múltiples pasadores o resortes para cada una de las conexiones de energía eléctrica.
El enfoque actual en I+D es la reducción de costes, el aumento de la densidad de potencia , el aumento de la fiabilidad y la reducción de elementos parásitos agrupados. Estos parásitos son capacitancias no deseadas entre las partes del circuito y las inductancias de las trazas del circuito. Ambos pueden tener efectos negativos sobre la radiación electromagnética ( EMR) del módulo si, por ejemplo, funciona como inversor. Otro problema relacionado con los parásitos es su impacto negativo en el comportamiento de conmutación y la pérdida de conmutación de los semiconductores de potencia. Por lo tanto, los fabricantes trabajan para minimizar los elementos parásitos de sus módulos mientras mantienen un costo bajo y mantienen un alto grado de intercambiabilidad de sus módulos con los de una segunda fuente (otro fabricante). Otro aspecto para la optimización es el llamado camino térmico entre la fuente de calor (las matrices) y el disipador de calor. El calor tiene que pasar a través de diferentes capas físicas como soldadura, DCB, placa base, material de interfaz térmica ( TIM) y la mayor parte del disipador de calor, hasta que se transfiere a un medio gaseoso como el aire o un medio fluido como el agua o el aceite. Dado que los semiconductores de potencia de carburo de silicio modernos muestran una mayor densidad de potencia, los requisitos para la transferencia de calor están aumentando.
Los módulos de alimentación se utilizan para equipos de conversión de energía, como unidades de motor industrial, unidades de motor integradas , fuentes de alimentación ininterrumpida , fuentes de alimentación de CA-CC y fuentes de alimentación para soldadoras .
Los módulos de energía también se encuentran ampliamente en inversores para energías renovables como turbinas eólicas , paneles de energía solar , plantas de energía mareomotriz y vehículos eléctricos (EV).
