Un módulo de potencia o módulo electrónico de potencia proporciona el contenedor físico para varios componentes de potencia , generalmente dispositivos semiconductores de potencia . Estos semiconductores de potencia (los llamados chips ) normalmente se sueldan o sinterizan sobre un sustrato electrónico de potencia que lleva 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 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 chips semiconductores que están conectados para formar un circuito eléctrico de una determinada estructura, denominada topología. Los módulos también contienen otros componentes, como condensadores cerámicos para minimizar los sobreimpulsos de la tensión de conmutación y termistores NTC para controlar la temperatura del sustrato del módulo. Algunos 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 pin (soldados a una PCB ), contactos de ajuste a presión presionados en las vías de la PCB , contactos de resorte que presionan inherentemente las áreas de contacto de una PCB o mediante contacto de presión pura donde las áreas de superficie a prueba de corrosión se presionan directamente entre sí. [4] Los pines de ajuste a presión logran una confiabilidad muy alta y facilitan el proceso de montaje sin la necesidad de soldadura. [5] En comparación con las conexiones de ajuste a presión, los contactos de resorte tienen el beneficio de permitir una extracción fácil y no destructiva de la conexión varias veces, como para la inspección o el reemplazo de un módulo, por ejemplo. [6] Ambos tipos de contactos tienen una capacidad de transporte de corriente bastante limitada debido a su área de sección transversal comparativamente baja y pequeña superficie de contacto. Por lo tanto, los módulos a menudo contienen múltiples pines o resortes para cada una de las conexiones de energía eléctrica.
El enfoque actual en I+D se centra en la reducción de costes, el aumento de la densidad de potencia , el aumento de la fiabilidad y la reducción de elementos parásitos acumulados. Estos parásitos son capacitancias no deseadas entre las partes del circuito e inductancias de las trazas del circuito. Ambos pueden tener efectos negativos en la radiación electromagnética ( EMR ) del módulo si se opera como inversor, por ejemplo. 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 manteniendo al mismo tiempo los costes bajos y manteniendo 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 (los dados) 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 de transferencia de calor están aumentando.
Los módulos de potencia se utilizan para equipos de conversión de energía, como variadores de velocidad de motores industriales , variadores de velocidad de motores integrados, fuentes de alimentación ininterrumpida , fuentes de alimentación de CA-CC y fuentes de alimentación para soldadores.
Los módulos de potencia también se encuentran ampliamente en inversores para energías renovables como turbinas eólicas , paneles solares , plantas de energía maremotriz y vehículos eléctricos (VE).
El primer módulo de potencia libre de potencial fue introducido en el mercado por Semikron en 1975. [7] Todavía está en producción, lo que da una idea sobre los ciclos de vida de los módulos de potencia.
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