ในแวดวงอิเล็กทรอนิกส์กำลังสมัยใหม่ โมดูลทรานซิสเตอร์ไบโพลาร์เกตฉนวน (IGBT) ถือเป็นหัวใจสำคัญในการบรรลุการแปลงพลังงานที่มีประสิทธิภาพสูง SKiiP 26NAB065V1 ซึ่งเป็นโมดูลพลังงานอัจฉริยะ (IPM) จากซีรีส์ MiniSKiiP ของ Semikron สร้างมาตรฐานใหม่สำหรับการใช้งานไดรฟ์ความถี่แปรผันกำลังปานกลางถึงต่ำ ด้วยคุณสมบัติการผสานรวมที่สูง คุณสมบัติความน่าเชื่อถือที่โดดเด่น และประสิทธิภาพทางไฟฟ้าที่ปรับให้เหมาะสมที่สุด

1. ซีรีย์ MiniSKiiP คืออะไร?

ซีรีส์ MiniSKiiP ของ Semikron (ปัจจุบันคือ Semikron Danfoss) คือแพลตฟอร์มโมดูลพลังงานแบบบูรณาการที่ออกแบบมาสำหรับการใช้งานมอเตอร์ไดรฟ์และอินเวอร์เตอร์กำลังปานกลางถึงต่ำในอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์กำลัง ด้วยเทคโนโลยี SKiiP ที่เป็นเอกลักษณ์และมีความน่าเชื่อถือสูง จึงสร้างมาตรฐานอุตสาหกรรมในการเพิ่มความน่าเชื่อถือของระบบ ลดความซับซ้อนของกระบวนการประกอบ และบรรลุความหนาแน่นพลังงานสูง1

ข้อได้เปรียบหลักของซีรีส์ MiniSKiiP อยู่ที่การนำเทคโนโลยี SKiiP (Semikron Integrated Intelligent Power) ที่ได้รับการจดสิทธิบัตรของ Semikron มาใช้

โมดูลพลังงานแบบดั้งเดิมต้องใช้แผ่นฐานเพื่อเชื่อมต่อชั้นฉนวนเซรามิกเข้ากับฮีตซิงก์ ในทางตรงกันข้าม MiniSKiiP ใช้ การออกแบบแบบไม่มีแผ่นฐานโดยใช้ระบบแรงดันโดยตรงเพื่อสร้างการสัมผัสทางความร้อนระหว่างแผ่นเซรามิกทองแดงเชื่อมติดโดยตรง (Direct Bonded Copper: DBC) และฮีตซิงก์ การออกแบบนี้ช่วยลดความต้านทานความร้อนได้อย่างมากและให้ประสิทธิภาพการระบายความร้อนที่เหนือกว่า3

2. บทนำ SKiiP 26NAB065V1

SKiiP 26NAB065V1 คือ IPM ประสิทธิภาพสูงที่ออกแบบมาเฉพาะสำหรับอินเวอร์เตอร์ขนาดกะทัดรัด ไม่ใช่แค่เพียงชุดชิป IGBT เท่านั้น แต่ยังเป็นโซลูชันระบบไฟฟ้าที่ครบวงจร ผสานรวม IGBT ไดโอด ไดรฟ์เกต และวงจรป้องกันไว้ในเครื่องเดียว

โมดูลนี้มีโครงสร้างพลังงานที่ครอบคลุม ซึ่งเรียกว่า คอนเวอร์เตอร์-อินเวอร์เตอร์-เบรก (CIB) การออกแบบแบบบูรณาการนี้ช่วยลดความซับซ้อนของระบบและรายการวัสดุ (BOM) ของผู้ใช้ปลายทางได้อย่างมาก โดยมีการใช้งานทั่วไปดังนี้:

• วงจรเรียงกระแสแบบบริดจ์สามเฟส 5
• เบรกชอปเปอร์ 5
• อินเวอร์เตอร์แบบบริดจ์สามเฟส 5
• มอเตอร์ไดรฟ์ความถี่แปรผันขนาดกะทัดรัด (VFD)

3. การแนะนำเทคโนโลยี SKiiP

แกนหลักของเทคโนโลยี SKiiP (Semikron Integrated Intelligent Power) คือโครงสร้างไร้แผ่นฐานที่ปฏิวัติวงการและวิธีการเชื่อมต่อที่มีความน่าเชื่อถือสูง ซึ่งถือเป็นสิ่งสำคัญสำหรับความน่าเชื่อถือสูงของ SKiiP 26NAB065V1

การออกแบบที่ไม่ต้องใช้แผ่นฐานและการสัมผัสด้วยแรงกด: โมดูลจ่ายไฟแบบเดิมใช้การบัดกรีเพื่อเชื่อมต่อแผ่นฐานเซรามิกเข้ากับแผ่นฐานทองแดง เทคโนโลยี SKiiP เป็นผู้บุกเบิกการออกแบบที่ไม่ต้องใช้แผ่นฐาน แต่ใช้ระบบแรงดันโดยตรงเพื่อให้เกิดการสัมผัสความร้อนระหว่างแผ่นฐานเซรามิก DBC และฮีตซิงก์ โครงสร้างนี้รับประกันความต้านทานความร้อนต่ำมากและให้ประสิทธิภาพการระบายความร้อนที่ยอดเยี่ยม

ระบบสัมผัสแบบสปริง (การเชื่อมต่อแบบไม่ต้องบัดกรี): นวัตกรรมสำคัญของโมดูลนี้คือการใช้หน้าสัมผัสแบบสปริงที่มีความน่าเชื่อถือสูง เพื่อทดแทนจุดบัดกรีแบบเดิมสำหรับการเชื่อมต่อไฟฟ้าและการเชื่อมต่อเสริมทั้งหมด ความล้าจากการบัดกรีเป็นกลไกหลักที่ทำให้โมดูลไฟฟ้าเสียหายเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ การกำจัดจุดบัดกรีทำให้ SKiiP 26NAB065V1 มีความทนทานต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิและความเครียดจากสภาพแวดล้อมเป็นพิเศษ ช่วยยืดอายุการใช้งานและความทนทานในการใช้งานที่มีโหลดผันผวนได้อย่างมาก

เทคโนโลยี IGBT และชิปไดโอด: SKiiP 26NAB065V1 ใช้ IGBT แบบ Ultrafast Non-Punch Through (NPT) เสริมด้วยไดโอดแบบ free-wheeling ที่แข็งแกร่งพร้อมเทคโนโลยี CAL (Controlled Axial Lifetime) การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีชิปขั้นสูงเหล่านี้ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการสลับของโมดูล และลดการสูญเสียทั้งจากการนำไฟฟ้าและการสลับไฟฟ้าได้อย่างมีประสิทธิภาพ

4. การวิเคราะห์ตัวชี้วัดประสิทธิภาพไฟฟ้าที่สำคัญ

จากคุณสมบัติจำเพาะ SKiiP 26NAB065V1 แสดงให้เห็นประสิทธิภาพทางไฟฟ้าที่ปรับให้เหมาะสมสำหรับการใช้งานกำลังปานกลาง:

ตัวชี้วัดเหล่านี้เน้นย้ำถึงเป้าหมายการออกแบบโมดูลที่ต้องการบรรลุการสูญเสียพลังงานต่ำและการแปลงพลังงานที่มีประสิทธิภาพสูง ตัวอย่างเช่น การสูญเสียพลังงานขณะเปิดเครื่องต่ำ (Eon เท่ากับ 1.3 มิลลิจูล) และขณะปิดเครื่อง (Eoff เท่ากับ 0.9 มิลลิจูล) ช่วยให้โมดูลสามารถทำงานที่ความถี่การสวิตชิ่งที่สูงขึ้น ในขณะที่ยังคงรักษาระดับการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิให้ต่ำได้

5. ฟังก์ชั่นการป้องกันอัจฉริยะแบบบูรณาการ

ในฐานะ IPM SKiiP 26NAB065V1 ได้ผสานรวมวงจรป้องกันที่ครอบคลุม เพื่อให้มั่นใจถึงการทำงานที่ปลอดภัยและความน่าเชื่อถือของระบบสูงภายใต้สภาวะแวดล้อมที่ไม่เอื้ออำนวยต่างๆ คุณสมบัติการป้องกันเหล่านี้ประกอบด้วย:

• การป้องกันไฟฟ้าลัดวงจร: การป้องกันไฟฟ้าลัดวงจรของ IGBT ดำเนินการผ่านกลไกการตรวจสอบแรงดันไฟฟ้าตัวรวบรวม-ตัวปล่อย (VCE)
• การตรวจติดตามอุณหภูมิ: โมดูลนี้รวมเซ็นเซอร์ NTC (ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิเชิงลบ) 5 ในตัว ซึ่งใช้สำหรับการตรวจสอบอุณหภูมิของฮีทซิงก์แบบเรียลไทม์6 ไดรเวอร์ภายในจะปิด IGBT และตั้งค่าการล็อกข้อผิดพลาดหากอุณหภูมิเกินเกณฑ์ที่กำหนดไว้ล่วงหน้า (เช่น 115 องศาเซลเซียสบวก/ลบ 5 องศาเซลเซียส)
• การตรวจสอบแรงดันไฟฟ้าของบัส DC: ระบบจะตรวจสอบว่าแรงดันไฟฟ้า DC เกินขีดจำกัดสูงสุด (UZmax) หรือไม่ เมื่อมีแรงดันไฟฟ้าเกิน ไดรเวอร์จะปิดระบบและตั้งค่าสถานะข้อผิดพลาด
• การป้องกันแรงดันไฟต่ำ: ไดรเวอร์จะตรวจสอบว่าแรงดันไฟลดลงต่ำกว่าค่าจำกัดที่กำหนดไว้หรือไม่เมื่อใช้แหล่งจ่ายไฟ 15 VDC หรือ 24 VDC

กลไกการป้องกันแบบบูรณาการเหล่านี้ช่วยลดความซับซ้อนในการออกแบบวงจรป้องกันระดับระบบได้อย่างมาก ช่วยให้มั่นใจถึงความสามารถในการป้องกันตนเองของโมดูลในสถานการณ์ที่ผิดปกติ จึงยืดอายุการใช้งานของระบบโดยรวมได้

6. SKiiP 26NAB065V1 ขนาด

ด้านล่างนี้เป็นข้อมูลขนาดทางกายภาพและน้ำหนักของโมดูล SKiiP 26NAB065V1 ซึ่งใช้ตัวเรือน MiniSKiiP 2:

7. พินเอาต์ SKiiP 26NAB065V1

การออกแบบพินเอาต์ของโมดูล SKiiP 26NAB065V1 ปฏิบัติตามมาตรฐานซีรีส์ MiniSKiiP อย่างเคร่งครัด ซึ่งโดดเด่นด้วยการผสานรวมสูงและการใช้ ระบบสัมผัสสปริงแบบไม่ต้องบัดกรี สำหรับการเชื่อมต่อทั้งหมด

โมดูลนี้ใช้ โครงสร้าง CIB (Converter-Inverter-Brake) 5 ดังนั้นพินเอาต์จึงครอบคลุมอินพุตพลังงาน บัส DC เอาต์พุตอินเวอร์เตอร์สามเฟส และสัญญาณควบคุมและป้องกันแรงดันไฟต่ำ

I. ขั้วไฟฟ้า

การเชื่อมต่อเหล่านี้เชื่อมต่อโดยตรงกับแหล่งจ่ายไฟและมอเตอร์ผ่านทางหน้าสัมผัสแบบสปริงที่มีความน่าเชื่อถือสูง

II. เทอร์มินัลเสริมและเทอร์มินัลควบคุม

SKiiP 26NAB065V1 เป็นโมดูลพลังงานอัจฉริยะ (IPM) ที่ผสานรวมวงจรขับเกตและวงจรป้องกัน สัญญาณควบคุมเหล่านี้จะเชื่อมต่อกับแผงวงจรควบคุมผ่านชุดหน้าสัมผัสสปริงแรงดันต่ำแยกต่างหาก:

8. การใช้งาน SKiiP 26NAB065V1

สถานการณ์การใช้งานหลักสำหรับ SKiiP 26NAB065V1 มุ่งเน้นไปที่ระบบขับเคลื่อนและการแปลงพลังงานอุตสาหกรรมที่ต้องการประสิทธิภาพสูง ขนาดกะทัดรัด และความน่าเชื่อถือที่เหนือกว่า:

1. มอเตอร์ไดรฟ์ความถี่แปรผันขนาดกะทัดรัด (VFD)

นี่คือพื้นที่การใช้งานหลักและเป็นแบบฉบับที่สุดสำหรับซีรีส์ MiniSKiiP1

• ระบบอัตโนมัติและการควบคุมอุตสาหกรรม: โทโพโลยีแบบบูรณาการของโมดูล ซึ่งประกอบด้วยวงจรเรียงกระแสแบบบริดจ์สามเฟส เบรกเกอร์ และอินเวอร์เตอร์แบบบริดจ์สามเฟส (CIB) 2 ทำให้โมดูลนี้เป็นส่วนประกอบหลักที่เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการสร้าง VFD ที่สมบูรณ์ มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการควบคุมมอเตอร์ในอุปกรณ์กำลังปานกลางถึงต่ำ เช่น ปั๊ม พัดลม และระบบสายพานลำเลียง การใช้งานเหล่านี้ต้องการความน่าเชื่อถือของโมดูลสูงมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งภายใต้สภาวะการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ
• ข้อกำหนดความหนาแน่นพลังงานสูง: การออกแบบที่ไร้แผ่นฐานของ MiniSKiiP และการจัดการความร้อนที่ปรับให้เหมาะสม ช่วยให้สามารถจ่ายพลังงานได้สูงภายในขนาดบรรจุภัณฑ์ที่เล็กที่สุด ซึ่งช่วยให้ลูกค้าสามารถออกแบบอินเวอร์เตอร์ที่มีกำลังไฟฟ้าสูงกว่าภายในปริมาตรที่เท่ากันหรือเล็กกว่า ซึ่งสอดคล้องกับการย่อส่วนอุปกรณ์ของอุตสาหกรรมสมัยใหม่

2. อินเวอร์เตอร์และแหล่งจ่ายไฟเอนกประสงค์

แม้ว่าจะได้รับการออกแบบมาเพื่อใช้กับไดรฟ์มอเตอร์เป็นหลัก แต่ประสิทธิภาพสูงและการผสานรวมยังทำให้เหมาะสำหรับระบบแปลงพลังงานระดับกลางถึงต่ำอื่นๆ อีกด้วย:

• ระบบอินเวอร์เตอร์สากล: โมดูลนี้รวม IGBT ไดโอด ไดรเวอร์เกต และวงจรป้องกัน 3 ซึ่งช่วยลดจำนวนส่วนประกอบภายนอกและทำให้การออกแบบโดยรวมและรายการวัสดุ (BOM) ของหน่วยแปลงพลังงานง่ายขึ้น
• สภาพแวดล้อมที่มีความน่าเชื่อถือสูง: เนื่องจากเทคโนโลยี SKiiP ใช้หน้าสัมผัสแบบสปริงแทนจุดบัดกรีแบบดั้งเดิม จึงทนทานต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิและความเครียดจากสภาพแวดล้อมได้อย่างดีเยี่ยม ดังนั้นจึงเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้เป็นแกนกลางไฟฟ้าในสภาพแวดล้อมอุตสาหกรรมที่มีความผันผวนของอุณหภูมิอย่างรุนแรงหรือรอบการทำงานที่ผันผวนสูง การใช้งานที่ได้รับประโยชน์จากความน่าเชื่อถือที่ยอดเยี่ยมของหน้าสัมผัสแบบสปริง ได้แก่ ไดรฟ์มาตรฐาน เซอร์โวไดรฟ์ อินเวอร์เตอร์พลังงานแสงอาทิตย์ ระบบ UPS และการใช้งานเฉพาะทาง เช่น ยานพาหนะทางการเกษตร หรือไดรฟ์แบบพิทช์ในกังหันลม

9. ข้อดีของ SKiiP 26NAB065V1

SKiiP 26NAB065V1 และซีรีส์ MiniSKiiP มอบข้อได้เปรียบมากมายให้กับลูกค้าในระดับแอปพลิเคชันระบบ:

• การรวมระบบที่ง่ายขึ้น: การรวมฟังก์ชันการแก้ไข การกลับเฟส การเบรก การขับขี่ และการป้องกันไว้ในหน่วยเดียว ช่วยลดจำนวนส่วนประกอบของระบบและลดความซับซ้อนในการออกแบบ ไดรเวอร์ดิจิทัลแบบบูรณาการให้การแยกสัญญาณการสลับและการวัดพารามิเตอร์อย่างปลอดภัย ช่วยลดความซับซ้อนในการออกแบบยิ่งขึ้น
• ความหนาแน่นของพลังงานสูง: การออกแบบที่ไม่มีแผ่นฐานและการจัดการความร้อนที่เหมาะสมที่สุดช่วยให้สามารถส่งออกพลังงานได้มากขึ้นในปริมาณที่น้อยลง ช่วยให้ลูกค้าสามารถออกแบบตัวแปลงที่มีอัตราพลังงานที่สูงขึ้นโดยใช้พื้นที่เท่าเดิมหรือลดลง
• ลดต้นทุนการผลิต: การออกแบบหน้าสัมผัสแบบสปริงช่วยลดขั้นตอนการบัดกรีที่ซับซ้อน ทำให้การประกอบโมดูลรวดเร็วและง่ายขึ้น (โดยทั่วไปใช้สกรูเพียงหนึ่งหรือสองตัวในการยึด) ในบางการใช้งาน การออกแบบนี้สามารถช่วยลดจำนวนแพ็คเกจอินเวอร์เตอร์และต้นทุนการผลิตได้มากถึง 15%

10. ผู้ผลิต SKiiP 26NAB065V1

SKiiP 26NAB065V1 และซีรีส์ MiniSKiiP ได้รับการพัฒนาและผลิตโดยบริษัท SEMIKRON ของเยอรมนี SEMIKRON มีประวัติอันยาวนานและความเชี่ยวชาญอันล้ำลึกในด้านโมดูลเซมิคอนดักเตอร์กำลังไฟฟ้า

ในเดือนสิงหาคม พ.ศ. 2565 SEMIKRON ได้ควบรวมกิจการอย่างเป็นทางการกับ Danfoss Silicon Powerซึ่งเป็นบริษัทในเครือ Danfoss Group เพื่อก่อตั้ง Semikron Danfoss วัตถุประสงค์ของการควบรวมกิจการครั้งนี้คือการผสานความเชี่ยวชาญและศักยภาพด้านนวัตกรรมกว่า 90 ปีของทั้งสองฝ่าย เข้ากับความมุ่งมั่นในการลงทุนด้านนวัตกรรม เทคโนโลยี และกำลังการผลิตอย่างมีนัยสำคัญ ธุรกิจร่วมทุนนี้มุ่งมั่นที่จะเป็นพันธมิตรชั้นนำด้านอิเล็กทรอนิกส์กำลัง โดยมีพนักงานผู้เชี่ยวชาญด้านอิเล็กทรอนิกส์กำลังมากกว่า 3,500 คน

สรุป

โดยสรุปแล้ว โมดูล IGBT รุ่น SKiiP 26NAB065V1 ไม่ได้เป็นเพียงแค่อุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์กำลังไฟฟ้าประสิทธิภาพสูงเท่านั้น แต่ยังเป็นโซลูชันพลังงานอัจฉริยะที่ได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมอย่างพิถีพิถัน ด้วยความน่าเชื่อถือระดับสูงจากเทคโนโลยีที่ปราศจากการบัดกรี ความหนาแน่นพลังงานที่ยอดเยี่ยม และการผสานรวมระบบที่ง่ายขึ้น จึงได้กำหนดมาตรฐานใหม่สำหรับตลาดไดรฟ์ความถี่แปรผันกำลังไฟฟ้าระดับกลางถึงต่ำ

คำถามที่พบบ่อย

ข้อได้เปรียบหลักของ SKiiP 26NAB065V1 คืออะไร

ข้อได้เปรียบหลักคือเทคโนโลยีสัมผัสสปริงแบบไม่ต้องบัดกรี ซึ่งช่วยเพิ่มความน่าเชื่อถือภายใต้สภาวะการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิได้อย่างมาก และทำให้การประกอบระบบง่ายขึ้น

แอปพลิเคชันหลักของโมดูล 26NAB065V1 มีอะไรบ้าง

ส่วนใหญ่ใช้ในไดรฟ์ความถี่แปรผันขนาดกะทัดรัดกำลังปานกลางถึงต่ำ (VFD) รวมถึงอินเวอร์เตอร์เอนกประสงค์ที่มีความน่าเชื่อถือสูงสำหรับระบบอัตโนมัติในอุตสาหกรรม เช่น การควบคุมปั๊มและพัดลม

CIB topology ย่อมาจากอะไร?

CIB ย่อมาจาก Converter-Inverter-Brake โมดูลนี้รวมวงจรเรียงกระแส AC, อินเวอร์เตอร์ DC link และเบรกชอปเปอร์ไว้ในแพ็คเกจเดียว

ค่ากระแสและแรงดันไฟฟ้าที่กำหนดคืออะไร?

กระแสคอลเลกเตอร์ที่กำหนด (ICnom) คือ 50 Aและได้รับการออกแบบมาสำหรับ  แพลตฟอร์มแรงดันไฟฟ้า650 V

โมดูล MiniSKiiP ติดตั้งเข้ากับฮีทซิงก์อย่างไร

MiniSKiiP ใช้การออกแบบแบบไร้แผ่นฐานและหน้าสัมผัสแบบสปริง โมดูลยึดติดแน่นด้วย สกรูเพียงหนึ่งหรือสองตัวผสานรวมบอร์ดไดรเวอร์ โมดูล และฮีตซิงก์ไว้ในขั้นตอนเดียว

ใครเป็นผู้ผลิตโมดูลนี้?

ผู้ผลิตคือ Semikron Danfossบริษัทก่อตั้งขึ้นในเดือนสิงหาคม 2022 โดยการควบรวมกิจการระหว่าง Semikron และ Danfoss Silicon Power

โมดูลนี้มีคุณลักษณะการป้องกันแบบบูรณาการอะไรบ้าง?

เนื่องจากเป็นโมดูลพลังงานอัจฉริยะ (IPM) จึงผสานการป้องกันที่ครอบคลุมไว้ด้วยกัน เช่น การป้องกันไฟฟ้าลัดวงจร (การตรวจสอบ VCE), การตรวจสอบอุณหภูมิเกิน (NTC ในตัว) และการป้องกันแรงดันไฟเกินของบัส DC