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首頁 > 新聞資訊
 

開關電源轉換器電力電子集成技術

 
發表日期:2012-10-4 15:15:04
 
  電力電子電源設備的製造特點是:非標準件多,設計周期長、成本高、可靠性低、工作量大,而用戶要求製造廠生產的電力電子產品要實用 、可靠性要高,體積重量要小,成本要低。這就使生產廠家承受的壓力很大,迫切需要開展集成電力電子模塊的研究開發,使電力電子產品標 準化、模塊化,可製造性、規模生產、降低成本等目標得以實現。

  實際上,在電力電子集成技術的發展進程中,已經經曆了功率半導體器件的模塊化、功率與控製電路的集成化、無源元件的集成(包括磁集成 技術)等發展階段。

 1)電力電子器件模塊

  電力電子電路常常由多個電力電子器件組成,如一個雙向開關至少需要兩個三端器件和兩個二極管組成;考慮到串/並聯、單相、三相半橋或 全橋開關電路要用幾個,甚至幾十個開關器件和一些輔助器件(如快速二極管)組成。電力電子轉換器的功率電子器件之間的互連線多、寄生電 感大。為了使其結構緊湊、體積小、加工方便,更為了縮短開關器件之間的互連導線,減小電感,電力電子器件必須實現模塊化、集成化。將 若幹個功率開關器件和快速二極管組合成標準的電力電子器件模塊(Power Modu1e),是集成電力電子技術發展進程中最原始和最簡單的集成化 、模塊化。逆阻(Reverse B1ocking,RB)IGBT的出現,使雙向IGBT開關省去了兩個二極管,有利於組成矩陣轉換器模塊。

  但是,電力電子器件模塊僅僅是若幹電力電子器件的集成,還沒有與驅動、控製、保護、檢測、通信等功能集成,有待於進一步發展。

 2)智能功率模塊

  20世紀80年代開發了智能電力電子模塊(Inte11igent Power Modu1e,IPM)將電力電子器件與驅動、智能控製、保護、邏輯電路等集成封裝, IPM又稱為智能電力電子集成電路(Smart Power IC)。

  近幾年來的發展方向是將小功率係統集成在一個芯片上(Systemn Chip),可以使電力電子產品更為緊湊,體積更小,也減小了引線的長度, 從而減小了寄生參數。在此基礎上,可以實現一體化(A11 in ONe),將所有元器件連同控製保護集成在一個模塊中。有報道稱,美國有研究人員將小功率異步電動機的運動控製係統(包括逆變器、微處理器、控製保護電路)集成在電動機內,形成傳動控製係統與電動機的 一體化。

 3)集成電力電子係統

  20世紀90年代,隨著大規模分布電源係統的發展,IPM的設計觀念被推廣到更大容量、更高電壓的集成電力電子電路,並提高了集成度,稱為 集成電力電子模塊(IntegratedPower E1ectronics Modu1e,IPEM)。將電力電子器件與電路、控製、以及檢測、執行等元器件集成封裝,得到 標準的、可製造的IPEM模塊、既可用於標準設計,又可用於專用特殊設計。優點是可以快速高效地為用戶提供產品,顯著降低了成本,提高了 可靠性。

  應用了嵌人式電力電子半導體功率器件的多層集成封裝技術,可以把包括散熱板、基板、絕緣傳熱材料、功率母線、電力半導體功率器件、 銅層、陶瓷、集成無源元件、金屬層、表麵貼裝芯片(驅動、檢測及保護元件)等封裝在一起。

  IPEM模塊的設計,既要考慮到電路的連接,也要考慮到熱流通路和散熱。過去功率半導體器件中芯片互連的傳統方法是鋁絲鍵合法,性能和 可靠性均比較差。電路靠導線連接,增大了寄生電感。現在IPEM模塊中用噴塗金屬層、表麵貼裝金屬層等平麵金屬化技術連通電路,可以使寄 生參數減到最小。

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