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Grundlagen IPM

Intelligentes Power-Modul versus diskreter Schaltungsaufbau

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ABM Asset and Business Management AG
RECOM Power GmbH

Viele OEMs können die Anforderungen der ErP-Direktive umsetzen, indem sie die bisherigen Motoren mit fester Drehzahl durch einen neuen Frequenzumrichter-Antrieb ersetzen. Eine Vielzahl an Produkten, die in den nächsten zwei Jahren neu auf den Markt kommen werden, gilt es mit einem neuen Frequenzumrichter-Antrieb auszustatten. Dabei ist die Bandbreite der Einsatzbeispiele umfangreich, denn sie erstreckt sich von Wechselstrom-Motoren bis hin zu Drehstrom-Motoren, wie die Beispiele zeigen.

Bildergalerie

Wechselstrommotoren: <100 W (Pumpen, Lüfter, Kompressoren, etc.), 100 W bis 2 kW (Elektrowerkzeuge, weiße Ware, Rollladenantriebe, Universal- und Servoantriebe), 2 bis 5 kW (Pumpen in Heizanlagen, Klimaanlagen).

Drehstrommotoren: 2 kW bis 20 kW (Pumpen in Heizanlagen, Klimaanlagen, Förderanlagen, Universal- und Servoantriebe) und >20 kW in industriellen Anlagen unterschiedlicher Art.

In allen deren Frequenzumrichtern befinden sich Wechselrichter (Bild 1), bei deren Entwicklung die meisten Designer ihr Hauptaugenmerk auf drei Punkte richten. Ein hoher Wirkungsgrad soll dem Motorhersteller bei der Einhaltung der einschlägigen Vorschriften, wie z.B. der ErP-Direktive, helfen. Kleine Abmessungen tragen durch Reduzierung des Gewichts eines Motors zu niedrigeren Materialkosten bei höherem Wirkungsgrad bei. Außerdem verbraucht der Transport weniger Energie und es wird Platz für andere Zwecke frei. Nicht zuletzt kann die Motorregelung näher am Motor platziert werden, was die EMV verbessert und parasitäre Effekte verringert.

Auch die hohe Zuverlässigkeit spielt eine wichtige Rolle, da diese für eine lange, vorhersagbare Nutzungsdauer sowie niedrige Rückruf- und Reparaturkosten steht. Die Frage ist nun, wie gut ein IPM, gelegentlich auch als ‚Smart Power Module’ (SPM) oder Small Low Losses Intelligent Moulded Module (SLLIMM) bezeichnet, die umrissenen Anforderungen erfüllt.

Der allgemeine Aufbau aller IPMs ist weitgehend identisch (Bild 2). IPMs bestehen aus sechs Leistungstransistoren (IGBTs oder MOSFETs), sechs Dioden mit kurzer Sperrverzögerungszeit, Gate-Treiber-ICs, Gate-Widerständen, optionalen Thermistoren und Bootstrap-Dioden.

Einige Module verfügen zusätzlich über einen eingebauten Shunt-Widerstand zum Messen des Ausgangsstroms, während bei anderen externe Shunt-Widerstände (1 oder 3) für diese Funktion eingesetzt werden. Darüber hinaus bauen einige Modulhersteller auch Entstör-Kondensatoren, Op-Amps oder Komparatoren in die Module ein.

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