Un módulo de potencia o módulo electrónico de potencia proporciona la contención física de varios componentes de potencia , normalmente dispositivos semiconductores de potencia . Estos semiconductores de potencia (los llamados matrices ) generalmente se sueldan o sinterizan sobre un sustrato electrónico de potencia que transporta los semiconductores de potencia, proporciona contacto eléctrico y térmico y aislamiento eléctrico cuando sea necesario. En comparación con los semiconductores de potencia discretos en carcasas de plástico como TO-247 o TO-220 , los paquetes de energía proporcionan una mayor densidad de potencia y, en muchos casos, son más confiables.
Además de los módulos que contienen un único interruptor electrónico de potencia (como MOSFET , IGBT , BJT , tiristor , GTO o JFET ) o diodo , los módulos de potencia clásicos contienen múltiples matrices semiconductoras que están conectadas para formar un circuito eléctrico de una determinada estructura, llamada topología. Los módulos también contienen otros componentes, como condensadores cerámicos para minimizar los excesos de tensión de conmutación y termistores NTC para controlar 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 a una PCB ), contactos de ajuste a presión presionados en las vías de la PCB , contactos de resorte que presionan inherentemente el contacto. áreas de una placa de circuito impreso o por puro contacto por presión, donde las superficies resistentes a la corrosión se presionan directamente entre sí. [4] Los pasadores de ajuste a presión logran una confiabilidad muy alta y facilitan el proceso de montaje sin necesidad de soldar. [5] En comparación con las conexiones a presión, los contactos de resorte tienen la ventaja de permitir una extracción fácil y no destructiva de la conexión varias veces, como por ejemplo para inspección o reemplazo de un módulo. [6] Ambos tipos de contactos tienen una capacidad de transporte de corriente bastante limitada debido a su área de sección transversal comparativamente baja y su pequeña superficie de contacto. Por lo tanto, los módulos suelen contener múltiples clavijas o resortes para cada una de las conexiones de energía eléctrica.
El foco actual en I+D está en 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 pistas del circuito. Ambos pueden tener efectos negativos sobre la radiación electromagnética ( EMR ) del módulo si se utiliza, por ejemplo, como inversor. Otro problema relacionado con los parásitos es su impacto negativo sobre el comportamiento de conmutación y las pérdidas de conmutación de los semiconductores de potencia. Por lo tanto, los fabricantes trabajan para minimizar los elementos parásitos de sus módulos manteniendo los costos bajos y manteniendo un alto grado de intercambiabilidad de sus módulos con los de una segunda fuente (otro fabricante). Otro aspecto a optimizar 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 aceite. Dado que los semiconductores de potencia modernos de carburo de silicio muestran una mayor densidad de potencia, los requisitos para la transferencia de calor son cada vez mayores.
Los módulos de potencia se utilizan para equipos de conversión de energía, como variadores de motores industriales , variadores de motores integrados, fuentes de alimentación ininterrumpida , fuentes de alimentación AC-DC y fuentes de alimentación para soldadores.
Los módulos de potencia también se encuentran ampliamente en inversores para energías renovables como turbinas eólicas , paneles de energía solar , plantas de energía mareomotriz y vehículos eléctricos (EV).
Semikron introdujo en el mercado el primer módulo de potencia libre de potencial en 1975. [7] Todavía está en producción, lo que da una idea de los ciclos de vida de los módulos de potencia.
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