От лампочки до электромобиля: простыми словами о силовых ключах

Компания “ЕМ групп” начинает знакомить вас с направлением силовой электроники. Здесь ожидается цикл статей, в которых будут разбираться различные полупроводники, оригинальные компоненты и аналоги.

Сейчас мы сосредоточимся на общем описании такого класса устройств, как “Силовые ключи”. СК - это быстрые и мощные специальные электронные выключатели электрических цепей. Если упрощать понимание технологии СК, то необходимо представить обычный выключатель света в вашей комнате:

  • Вы щёлкаете — и свет загорается.
  • Вы щёлкаете обратно — свет гаснет.

Силовой ключ делает то же самое, но оперирует куда большим электрическим током (например, для мощного двигателя, нагревателя или целого электромобиля), и делает это не вручную, а по команде от управляющей схемы (например, от маленькой микросхемы или Arduino).

Подытоживая - СК работает так: маленький слабый сигнал (от контроллера) управляет большим и мощным потоком электричества.

Главные особенности силовых ключей:

  1. Они управляют СИЛОЙ. Пропускают через себя очень большие токи (десятки, сотни ампер) и высокие напряжения (сотни вольт).
  2. Они очень БЫСТРЫЕ. Они могут включаться и выключаться тысячи и даже миллионы раз в секунду. Это нужно, например, для широтно-импульсной модуляции (ШИМ), которая регулирует скорость двигателя или яркость света.
  3. Ими командуют. У них есть «управляющая ножка» (затвор), на которую подаётся слабый сигнал, чтобы открыть или закрыть «мощную магистраль» (сток-исток).

Где используются СК?

  • Электромобили и общественный электрический транспорт: ключи включают и выключают ток в электродвигателе, заставляя его крутиться с нужной скоростью.
  • Стиральные машины и пылесосы с регулировкой скорости: то же самое — управление оборотами двигателя.
  • Блоки питания, инверторы и зарядные устройства: ключи включают-выключают ток с высокой скоростью, чтобы преобразовать напряжение (например, из 220В в 12В).
  • Промышленные станки и системы: везде, где нужно включать/выключать мощные нагреватели, насосы, двигатели.

Основные типы силовых ключей (простыми названиями):

  1. MOSFET — чаще всего для управления напряжением. Очень быстрый. Идеален для средних и высоких мощностей, где ток постоянный или не очень высокочастотный.
  2. IGBT — гибридный вариант. Управляется как MOSFET (напряжением), но пропускает ток как мощный транзистор. Управляет очень высокими напряжениями (тысячи вольт). Часто используется в мощных инверторах, сварочных аппаратах, приводах двигателей.
  3. Силовой тиристор - мощный «запорный клапан». Его легко открыть маленьким сигналом, но закрывается он только когда ток через него прекращается. Часто используется в системах передачи энергии по ЛЭП или в мощных промышленных преобразователях.

В этой вводной статье мы познакомились с понятием “Силовой ключ” — это переключатель, который позволяет маленькой и «умной» электронике управлять большой и «сильной» электроникой.

Без таких устройств не было бы ни современной энергетики, ни электромобилей, ни даже компактной бытовой техники.

В следующих статьях мы будем подробнее говорить о различных сферах применения СК для промышленности. Оставайтесь на связи!