Suchen

Grundlagen IPM Intelligentes Power-Modul versus diskreter Schaltungsaufbau

Autor / Redakteur: Martin Schiel * / Gerd Kucera

Entsprechen die Modul-Spezifikationen nicht den Erfordernissen der Anwendung, dann hilft nur die diskrete Schaltungsauslegung. Grundsätzlich aber hat der Modulansatz entscheidende Vorteile.

Firmen zum Thema

Bild 1: Aufbau eines typischen Frequenzumrichters für drehzahlgeregelte elektrische Antriebe.
Bild 1: Aufbau eines typischen Frequenzumrichters für drehzahlgeregelte elektrische Antriebe.
(Bild: Future Electronics/Fairchild)

Einfache Antriebe mit fester Drehzahl werden zunehmend durch drehzahlvariable Antriebe mit Frequenzumrichtern ersetzt. Grund dafür sind u.a. neue Vorschriften wie die ErP-Direktive (Energy-related Products) der Europäischen Union. Sie nimmt die Hersteller von Elektromotoren in die Pflicht, Drehzahl und Leistungsabgabe an die jeweilige Last anzupassen. Damit will man eine deutliche Verringerung der durchschnittlichen Leistungsaufnahme bewirken.

Kernstück eines jeden Frequenzumrichters ist der Wechselrichter. Er kann als diskrete Schaltung aus mehr als 20 Einzelbauelementen aufgebaut sein.

Bildergalerie

Viele Hersteller von Leistungshalbleitern haben in letzter Zeit jedoch umfangreiche Mittel in die Erweiterung ihres Angebots an Intelligent Power Modules (IPMs) investiert, die einen Großteil der Bauelemente für eine Wechselrichterschaltung in einem Gehäuse integrieren - vor allem die Leistungsschalter, Treiber und Schutzschaltungen.

Module sind sowohl in der Hochfrequenztechnik als auch in der Leistungselektronik ein erprobtes Konzept. Den Vorteilen der Module (kleine Abmessungen, hohe Leistungsfähigkeit, einfache Anwendung) stehen der höhere Preis und die eingeschränkte Flexibilität als Nachteile gegenüber.

Mit ihrer neuesten Produktgeneration erreichen die IPM-Hersteller, dass das Pendel deutlich zugunsten der Vorteile ausschlägt. Sie erweitern ihr Angebot an Frequenzumrichtern und bieten Entwicklern eine Vielfalt an Optionen.

Die Energieeffizienz erhält höchste Priorität

Im Rahmen der 20/20-Initiative der EU (20% weniger CO2-Emissionen bis zum Jahr 2020) werden die Vorgaben der 2009 erlassenen ErP-Direktive ständig verschärft. Für Standardmotoren mit einer Leistungsabgabe zwischen 0,75 kW und 375 kW gibt es vier Effizienz-Klassen von IE1 bis IE4, wobei IE4 nach der höchsten Effizienz verlangt. Seit 2011 haben alle Elektromotoren mindestens die Bedingungen der Klasse IE2 zu erfüllen. Von 2015 an müssen Elektromotoren mit Leistungen von 7,5 bis 375 kW mindestens die Anforderung der Klasse IE3 erfüllen oder alternativ einen IE2-Motor plus Frequenzumrichter einsetzen. Diese Regelung gilt ab 2017 ebenfalls für Motoren mit Leistungen von 0,75 bis 7,5 kW.

(ID:43883750)