В выставочном комплексе «Крокус Экспо» с 11 по 13 апреля 2023 г. прошла выставка ExpoElectronica, посвященная всему, что связано с электронной промышленностью, — от материалов до готовых решений на современной элементной базе. Это юбилейная, 25-я выставка. Несмотря на все проблемы в международной политике, ExpoElectronica подтвердила свой статус ведущей отраслевой площадки.
На этот раз выставку посетило более 21 тыс. специалистов из 23 стран и 74 регионов России, что является для мероприятия рекордным значением. Столь высокий интерес вполне объясним — санкции в первую очередь коснулись рынка элек-тронных компонентов. У производителей оборудования возникла необходимость переориентироваться с продукции европейских, американских и японских поставщиков на изделия, выпущенные в России или в дружественных странах. К тому же именно сейчас наступило удачное время, чтобы заняться возрождением собственной электронной промышленности. Свои продукты и решения представили 446 компаний. Из них 276 российских фирм, остальное — компании из Белоруссии, Китая, Армении, ОАЭ, Сингапура и Турции.
Естественно, с учетом профиля нашего журнала мы решили в первую очередь ознакомиться с российскими компонентами силовой электроники.
Суперконденсаторы — это та область электроники, где отечественные производители не от-стают от мирового уровня и даже в чем-то его превосходят. Примером тому стала экспозиция АО «Элеконд» из г. Сарапул. Этот завод уже 55 лет производит разнообразные конденсаторы и своевременно перешел на новые технологии. На стенде были представлены разнообразные суперконденсаторы, как малогабаритные, так и высокой мощности. Весьма интересным продуктом является суперконденсаторный модуль МИК. При размерах с батарейку «Крона» он имеет емкость 5 Ф и максимальное напряжение 7,5 В (для суперконденсаторов это большая величина), что в ряде случаев позволяет обходиться без повышающего преобразователя. При этом в корпус модуля встроена система защиты от перенапряжения. То есть перед нами готовое решение для резервного питания малогабаритной аппаратуры.
Также следует отметить созданный специалистами «Элеконда» ИБП ELMFD 2.5 на основе суперконденсаторов. В первую очередь он предназначен для резервного питания оборудования для цифровой энергетики, но может использоваться и в других сферах. ИБП имеет три выхода, суммарная мощность нагрузки, которая к ним подключена, может достигать 50 Вт. Этого вполне достаточно для питания серверов, контроллеров и т. п. оборудования. Нагрузка в 10 Вт способна работать от этого ИБП в течение 14 минут. Для использования в цифровой энергетике это приемлемый показатель. Возможно, эти цифры и не впечатляют относительно ИБП на аккумуляторах, но здесь важно другое. Количество циклов заряда-разряда составляет 500 тыс. против 4 тыс. для аккумуляторов. Срок службы 25 лет, на протяжении этого времени обслуживание не требуется. Поставили оборудование на трансформатор и заме-нили его вместе с ним по истечении срока службы.
Современной тенденцией является использование для коммутации больших токов транзисторов на основе нитрида галлия. По максимальной мощности они уступают изделиям на карбиде кремния (SiC), но значительно превосходят их по быстродействию. В итоге переключение из состояния «открыто» в состояние «закрыто» происходит очень быстро, а ведь именно в промежуточном состоянии происходят основные потери электроэнергии. Как результат — у GaN-транзисторов более высокий КПД, чем у коммутаторов на других полупроводниках. В России теперь освоено массовое производство мощных GaN-транзисторов с индуцированным каналом. АО «НИИЭТ» (г. Воронеж) представило на выставке семейство таких устройств, рассчитанных на напряжение до 450 В и ток до 40 А. Каждый из таких транзисторов выпускается в двух вариантах корпуса. На фото — транзистор с максимальным напряжением до 200 А, способный коммутировать ток до 40 А. Основное применение таких транзисторов — инверторы, применяемые в солнечных электростанциях, электромобилях и т. п. Кроме этого, GaN-транзисторы нашли свое применение в зарядных устройствах для смартфонов, планшетных компьютеров и ноутбуков.
Знаменитый зеленоградский завод «Ангстрем» представил на выставке линейку интеллектуальных токовых ключей, являющихся заменой продукции Infineon Technologies, которая теперь недоступна по прямым поставкам из-за санкций. Впрочем, эту линейку завод позиционирует главным образом для специальных применений. А вот для широкого использования в электроэнергетике завод представил IGBT-модули. Параметры AnM100HBA12M находятся на вполне достойном уровне относительно зарубежных конкурентов, если говорить о массовом сегменте рынка: максимальное напряжение коллектор-эмиттер 1200 В, максимальный ток 100 А. Интересная деталь — завод избегает англоязычного термина IGBT, предпочитая называть свое изделие БТИЗ (биполярный транзистор с изолированным затвором). Что ж, импортозамещать, так импортозамещать…
Выпускают в России и силовые модули с транзисторами на основе карбида кремния. Такие модули представило на выставке НПО «Энергомодуль» (г. Чебоксары). Показанный на фото электронный прибор способен выдерживать 1200 В и 200 А. Но в ассортименте продукции «Энергомодуля» есть устройства, способные выдерживать ток до 1600 А. Выпускает это НПО и модули со встроенными драйверами управления. Данные о происхождении используемых кристаллов SiC компания не приводит (про кремниевые МОП-транзисторы, а также IGBT-модули производства «Энергомодуля» напрямую сообщается, что они созданы на основе чипов отечественного производства). У автора репортажа нет данных о массовом производстве SiC-чипов в России. Впрочем, даже если речь идет о корпусировании SiC-чипов, это вполне укладывается в международную практику, когда даже крупнейшие бренды заказывают производство кристаллов на стороне. Дело в том, что производителей чипов из карбида кремния в мире не так много, это сложная в освоении технология.
Современные преобразователи напряжения, как правило, работают на высоких частотах, порядка единиц-десятков кГц. Увеличение рабочей частоты позволяет уменьшить размеры преобразователя, но при этом может снизиться КПД из-за процессов, происходящих в металле магнитопровода на высоких частотах. Альтернативой является применение ферритовых магнитопроводов, но им также свойственно множество недостатков. Оптимальный вариант — применение магнитопроводов из нанокристаллических материалов. На выставке такие магнитопроводы российского производства представило НПО «Гаммамет» (г. Екатеринбург). Эти магнитопроводы способны работать в силовых цепях на частотах до 200 кГц, а в сигнальных — до 10 мГц. Также на стенде фирмы демонстрировались компенсационные датчики постоянного и переменного тока (торговая марка «ГАММИ») с верхним пределом измеряемого тока от 1000 до 2000 А, в зависимости от модели. Эти датчики оптимально подходят для систем цифровой энергетики благодаря высоким техническим характеристикам.
Вообще, тема материалов для магнитопроводов была явным трендом на ExpoElectronica-2023. И здесь российские производители выступили очень достойно. Например, компания «МСТАТОР» (г. Боровичи Новгородской обл.), ведущая свою историю с 1965 г., продемонстрировала образцы синфазных дросселей с магнитопроводами на основе нанокристаллических материалов. Напомним, что синфазные дроссели применяются главным образом для подавления импульсных помех, поступающих из сетей электропитания. Естественно, с каждым годом эта тема становится все более актуальной. Раньше основным материалом для магнитопроводов таких дросселей были всевозможные ферриты. Но их недостатком был паразитный резонанс на частотах от 0,5 до 2 МГц. В ряде случаев, при работе с импульсными блоками питания, такой резонанс приводил к тому, что дроссель не только не подавлял помеху, а даже мог усилить ее действие. Магнитопроводы на основе нанокристаллических материалов свободны от данного недостатка.
Другой темой, которой на выставке было уделено большое внимание, стало импортозамещение разъемов. Вроде бы не самый сложный вид электронных компонентов, уж, по крайней мере, не сложнее микропроцессора. Но, на самом деле, проблема намного глубже. Зарубежные производители в свое время «подсадили» нашу промышленность на свои «фирменные» стандарты прямоугольных соединителей. Теперь же просто так эти стандарты не поменять. Это будет даже сложнее сделать, чем заменить, скажем, импортный транзистор на отечественный. Поэтому актуальной становится задача выпуска прямоугольных соединителей, совместимых с зарубежными стандартами. И с ней успешно справляется НПО «Каскад» из г. Чебоксары. При этом стоит отметить, что НПО «Каскад» имеет полный цикл производства, что делает его слабо уязвимым для санкций. Есть и собственная исследовательская база.
В целом выставка продемонстрировала, что у отечественной силовой электроники есть будущее. Электроэнергетика, объекты транспортной инфраструктуры, системы питания дата-центров — там как раз и применяются мощные электронные компоненты. Во всех этих местах предпочтительно использование отечественной элементной базы, вне зависимости от сложившейся в мире политической ситуации.
