Публикации

Caddock Electronics

Мощные резисторы Caddock для применения в силовой электронике (2005)

Развитие мощных силовых преобразователей неразрывно связано с появлением на рынке полупроводников новых электронных компонентов, обладающих уникальными импульсными характеристиками. В первую очередь это относится к силовым транзисторам MOSFET и IGBT, а также управляемым тиристорам GTO. Применение этих элементов в мощных приводах, источниках питания и т.п. даёт возможность конструировать преобразователи, имеющие высокую эффективность и отличные массогабаритные характеристики. Вместе с тем, не только силовые ключи определяют качественные показатели всего преобразовательного устройства, его разработка немыслима без различных пассивных элементов: силовых конденсаторов, резисторов, снабберов, элементов защиты. О мощных резисторах, применяемых для разработки и производства силовых преобразователей, и пойдет речь в данной статье.

Область применения мощных резисторов в силовых преобразовательных устройствах чрезвычайно широка: это прецизионные токоизмерительные шунты, разрядные резисторы и модули предварительного заряда, элементы снабберов, нагрузки, тормозные резисторы и многое другое. Заменить их в данных применениях на активные компоненты не представляется возможным, поэтому ещё многие годы мощные резисторы буду оставаться элементами, востребованными в силовой электронике.

Одним из наиболее интересных применений мощных резисторов в силовой электронике является измерение тока.

Существуют различные способы преобразования тока в аналоговый или цифровой сигнал, и окончательный выбор зависит от диапазона рабочих токов, значения тока перегрузки, способа оцифровки токового сигнала, требований к электрической изоляции. При невысоком значении тока (обычно не превышающем десятков ампер) для его измерения применяются резистивные токовые шунты, напряжение с которых подается на дифференциальный усилитель, который может как изолирующим, так и неизолирующим. Достоинствами резистивных шунтов является их низкая стоимость, невосприимчивость к воздействию электромагнитных помех и компактность. Однако на резистивном шунте неизбежно рассеивается мощность I2RS (RS - сопротивление шунта), что снижает эффективность работы силового преобразователя. Именно поэтому диапазон токов, при котором применение резистивных измерителей оправданно, определяется допустимым уровнем потерь на сопротивлении шунта. Кроме того, токовый шунт должен иметь удобную конструкцию, предусматривающую простое подключение к силовой и измерительной цепи, а также возможность установки на радиатор.

Упрощенная схема трехфазного инвертора привода электродвигателя с измерительными шунтами, установленными в различных точках схемыНа рис. 1 приведена упрощенная схема трехфазного инвертора привода электродвигателя с измерительными шунтами, установленными в различных точках схемы: RBUS - шунт в цепи питания силового каскада, RE - шунты в эмиттерах нижних транзисторов полумостов, RPHASE - шунты во выходных цепях инвертора. На этом рисунке также отображены эпюры токов, сигнал которых снимается с соответствующих измерительных резисторов. Ток в шине питания IBUS, являющийся векторной суммой фазных токов инвертора, однополярный, поэтому его неудобно использовать для управления приводом, однако он служит хорошим источником информации для схемы защиты, так как при токовой перегрузке в любой части инвертора это отразится на токе питания. Например, при пробое выхода усилителя на корпус ток пробоя не будет индицироваться эмиттерными резисторами RE.

Токи в цепи эмиттеров IE по амплитуде и фазе совпадают с соответствующими выходными токами. Сигнал положительной полярности на резисторе RE образуется, когда открыт нижний транзистор полумоста и ток нагрузки течет через него, а сигнал отрицательной полярности формирует ток нагрузки, проходящий через антипараллельный диод (после запирания транзистора верхнего плеча). Добавив в схему устройство выборки-хранения, управляемое входным ШИМ-сигналом соответствующего полумоста, можно получить линейный двуполярный токовый сигнал. Преимуществом данного метода является то, что резисторы RE подключены к общей шине питания, которая в маломощных применениях может быть соединена с сигнальной цепью общего провода.

И наконец, на шунтах RPHASE, установленных в цепи нагрузки, наблюдается истинный выходной ток. Основной проблемой в данном случае является выделение полезного сигнала, значение которого составляет единицы милливольт, на фоне сотен вольт синфазного напряжения, меняющегося с частотой ШИМ от нуля до напряжения шины силового питания.

Важнейшим требованием, предъявляемым к измерительным резисторам, является низкое значение распределенной индуктивности. Значимость этого параметра определяется тем, что в современных импульсных усилителях чрезвычайно высока скорость изменения токов выходных каскадов. Соответственно, на измерительном резисторе будет возникать перенапряжение dV1 = LSхdIC/dt, искажающее контрольный сигнал, где LS - значение распределенной индуктивности шунта, а dIC/dt - скорость изменения тока транзистора. Если шунт установлен в цепи эмиттера (коллектора) транзистора полумоста, то через него течет также ток обратного восстановления оппозитного диода, скорость изменения которого тоже очень высока. В этом случае значение перенапряжения будет: dV2 = LSхdIrr/dt, где dIrr/dt - скорость изменения тока обратного восстановления диода. Естественно, что при измерении медленно меняющегося тока, например тока в индуктивной нагрузке (IPHASE на рис. 1), этот параметр не столь важен.

Основные параметры резисторов серии MP Caddock ElectronicsМощные безындуктивные шунты нужны в том случае, когда стоит задача измерения или осциллографирования быстро меняющихся токов. Хорошим решением данной проблемы является использование пленочных измерительных резисторов серии MPхх, производимых компанией CADDOCK Electronics. Мощные низкоомные безындуктивные (Non-Inductive) резисторы МРхх предназначены для использования в качестве измерительных шунтов в силовых электронных устройствах. Они выпускаются в изолированных корпусах для поверхностного монтажа и мощных корпусах (D-PAK, ТО-126, ТО-220, ТО-247), что упрощает монтаж на теплоотвод и позволяет отводить значительную мощность. Внешний вид измерительных резисторов серии MPxx, выпускаемых компанией CADDOCK Electronics, приведен на рис. 2, а их основные технические характеристики - в таблице 1.

Продукция CADDOCK Electronics настолько интересна и разнообразна, что стоит подробнее рассказать о типах и классах резисторов, выпускаемых данной компанией.

Со времени своего основания в 1962 г. компания CADDOCK специализируется на производстве прецизионных пленочных резисторов специального применения. Используемые технологии Micronix и Tetrinox обеспечивают отличные технические характеристики и позволяют использовать эти резисторы в различной специальной аппаратуре, в том числе космического и военного применения. Основные преимущества резисторов CADDOCK - это сверхнизкая индуктивность, точность, температурная и временная стабильность параметров.

Области применения резисторов CADDOCK:
     • Серии TG, MG, MX - электронные микроскопы, CRT-дисплеи, линейные акселерометры;
     • Серии MS, MP, MV, MM - источники питания, радиопередатчики, импульсные конверторы, системы обработки данных;
     • Серии MG, TG, TK, MK, T1794 - медицинская аппаратура, компьютерные сканеры и томографы;
     • Серии 1776, T1794, 1787, 1789, T912/T914 - измерительная аппаратура, цифровые мультиметры, прецизионные источники опорного напряжения и тока;
     • Серии MG, ML, MS, MM, MK, TG, THV - сверхпрецизионные и надёжные плёночные резисторы для космической и военной аппаратуры.

Внешний вид измерительных резисторов серии MP Caddock ElectronicsMP800, MP900, MP2060
Мощные низкоомные резисторы предназначены для использования в качестве измерительных шунтов в силовых электронных устройствах. Они имеют сверхмалую индуктивность и выпускаются в изолированных корпусах ТО-220, ТО-126, ТО-247, что обеспечивает удобство установки на печатную плату и радиатор и позволяет отводить требуемую мощность.
Особенности резисторов серий MP800, MP900, MP2060:
     • Диапазон сопротивлений от 0,005 Ом до 100 кОм;
     • Рассеиваемая мощность от 20 до 100Вт;
     • Рабочая температура от -55 до +155°С;
     • Тепловое сопротивление 4°С/Вт;
     • Точность 1%.

Прецизионные резисторы Caddock для поверхностного монтажаCC, CD, CHR, MP725
Прецизионные резисторы для поверхностного монтажа.
Особенности резисторов серий CC, CD, CHR, MP725:
     • Диапазон сопротивлений от 0,01 Ом до 100 МОм;
     • Рабочая температура от -55 до +155°С.
     • Точность 1%;
     • Температурный коэффициент ТКС менее 25 ppm/°С.

TG, MG, USG, MX, USVD, HDV
Прецизионные высоковольтные резисторы и делители напряжения имеют лучшие характеристики в своем классе. Ультрастабильные прецизионные USG с напряжением до 15 кВ, сверхпрецизионные делители напряжения USVD и HDV обеспечивают деление высоковольтного напряжения с точностью до 0,01% и с температурным коэффициентом деления 2ppm/°C.
Особенности резисторов и делителей напряжений серий TG, MG, USG, MX, USVD, HDV:
     • Диапазон сопротивлений от 1МОм до 1ГОм;
     • Рабочее напряжение до 48 кВ;
     • Точность 0,01–1%;
     • Коэффициент деления от 1:1 до 100:1.

Высоковольтные резисторы и делители напряжения Caddock

USF, TK, TF, TN
Сверхпрецизионные резисторы с низким ТКС в керамических корпусах, обеспечивающие в своем классе самый низкий температурный коэффициент сопротивления и имеющие отличные тепловые характеристики.
Особенности резисторов серий USF, TK, TF, TN:
     • Диапазон сопротивлений от 50Ом до 125МОм;
     • Рабочая температура от -55 до +155°С;
     • Точность 0,01–1%;
     • Температурный коэффициент ТКС 2–5 ppm/°С.

Прецизионные и сверхпрецизионные резисторы CaddockT912, T914, 1776, 1787
Сверхпрецизионные резисторные сборки и делители напряжения в керамических корпусах, обеспечивающие в своем классе самый низкий температурный коэффициент сопротивления и имеющие отличные тепловые характеристики.
Особенности резисторных сборок и делителей напряжения серий T912, T914, 1776, 1787:
     • Диапазон сопротивлений от 1Ом до 50МОм;
     • Рабочая температура от -55 до +155°С;
     • Точность 0,01–1%;
     • Температурный коэффициент ТКС 1-5 ppm/°С.