新型電力電子技術功率模塊特征與應用

如今智能功率模塊中采用了新設計的自舉二極管，其目標是減小芯片尺寸和獲得適中的正向壓降，以得到20Ω串聯(lián)電阻的等效作用。其壓降特性等同于串聯(lián)電阻和普通FRD。借助于這種特殊自舉二極管的優(yōu)點，能夠?qū)崿F(xiàn)更多的集成同時保持最低的成本。

2.4關于智能功率模塊的封裝

智能功率模塊封裝是采用IC和LSI產(chǎn)品的轉(zhuǎn)模封裝技術，以改善性價比，同時提升熱循環(huán)和功率循環(huán)等封裝的可靠性。與具有塑料或環(huán)氧樹脂外殼的普通功率模塊相比，它具有相對簡單的結(jié)構，即功率芯片和IC安裝在銅引線框架上，基底材料與框架連接，最后可在環(huán)氧樹脂中模塑成型。又借助現(xiàn)有的可變形基底的優(yōu)點，可在Mini-DIP智能功率模塊 封裝中實現(xiàn)600V 3A到30A的功率額定值，同時保持PCB管腳布局和價格的競爭力。這樣可以針對多種應用提供派生產(chǎn)品，比如功率因數(shù)校正、開關磁阻電機等。

3 實用型全橋式DC-AC智能高頻大功率變換模塊舉例

該智能功率模塊(DC-AC) (見圖4所示)， 應用美國IR公司的功率器件和貼片工藝生產(chǎn)。用戶可以簡單方便地直接利用它或其組合設計制作成各類高頻大功率開關電源。

3.1技術特征

通過圖4對該模塊內(nèi)部結(jié)構的分析就一目了然。

圖4 新型DC/AC全橋式智能高頻功率模塊結(jié)構原理圖

⑴ 具有功能較強的電源管理電路（電源控制芯片），即電流型PWM及輔助保護電。

所謂電流型即在比較器的輸入端直接用感應到的輸出電流信號與誤差放大器進行比較，來控制輸出的峰值電流跟隨誤差電壓變化。這種控制方式可以改善整個開關電源電壓和電流的調(diào)整率，改善整個系統(tǒng)的瞬態(tài)響應。電流型PWM還具有重選脈沖抑制電路，消除在一種輸出里出現(xiàn)兩個連續(xù)脈沖的可能性。這對于半橋電路或全橋電路組成的開關電源能否可靠工作是極為重要的。而一般電壓型PWＭ在受干擾時，常出現(xiàn)一路輸出中有兩個連續(xù)重疊脈沖，造成橋電路上下直通而燒毀功率管。電流型PWM可根據(jù)檢測電路送來的電流信號實行逐個檢測，信號大時逐個關斷，超過極限時全保護關斷。(此時需關機啟動，或延時3秒軟啟動。)

⑵ 內(nèi)含IC驅(qū)動電路代替脈沖變壓器隔離

在半橋電路或全橋電路中高端和低端的驅(qū)動器是不供地的，一般采用脈沖變壓器隔離。當頻率在數(shù)Hz到數(shù)百kHz范圍內(nèi)變化時，普通的脈沖變壓器是無法勝任的。而采用IC驅(qū)動電路就不存在上述問題，它的固有死區(qū)能防止產(chǎn)生直通信號，它的圖騰柱電路能吸收橋電路的“米勒效應”。

⑶ 采用全橋DC-AC變換器

采用性能優(yōu)良的MOSFET或IGBT，在公共接地點上伴有0.1Ω的電流取樣電阻，它能感應到內(nèi)部任一橋路或任一橋路的外部過流、短路，將檢測信號送往保護輔助電路進行判斷調(diào)整或極限保護。并有4×1500pf電容，輸出串接1mH電感可成為零電壓開通、關斷的諧振電路(ZVS)。

⑷ 應用P1電流檢測，實現(xiàn)恒流控制

將流過第P1腳的電流感應檢波取樣送至第9腳，經(jīng)過調(diào)整送至第8腳可進行恒流控制。

⑸ 具有輔助電源供電流型PWM及輔助保護電路正常工作

由啟動電源和內(nèi)反饋電源組成，它要求電壓在20Ｖ-500V范圍內(nèi)能正常工作。(一般情況下在交流220V整流后350V-360V直流電壓下工作)。

由其模塊內(nèi)部結(jié)構分析所知，它大大減少或克服了后級(DC-AC)分立組合所帶來的制作調(diào)試麻煩和大功率管被擊穿或燒毀等弊病。只需方便的使用模塊的引腳，就可實現(xiàn)功能DC-AC。

⑹ 外形尺寸（長寬厚）為：115mm×66mm×23mm。

⑺ 模塊使用時應按裝在散熱板上。

3.2 DC-AC智能高頻大功率變換模塊變壓器設計公式

由于DC-AC模塊應用領域很多，但大多數(shù)都使用到了高頻大功率變壓器，以下是設計公式和舉例。

式中：
　　　
E=U1為變壓器初級直流電；
N1為初級匝數(shù)；
f變壓器的工作頻率；
S磁芯的有效面積；
系數(shù)4.44(正弦波)或4(矩形波)。

3.3使用特點

智能功率模塊最大電流為20A，內(nèi)裝4個ＩGBT，L為低頻模塊最大工作電壓500V ，H為高頻模塊。