新型電力電子技術(shù)功率模塊特征與應(yīng)用

如今智能功率模塊中采用了新設(shè)計(jì)的自舉二極管，其目標(biāo)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(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)更多的集成同時(shí)保持最低的成本。

2.4關(guān)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(shù)，以改善性?xún)r(jià)比，同時(shí)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(shù)脂外殼的普通功率模塊相比，它具有相對(duì)簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，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(shù)脂中模塑成型。又借助現(xiàn)有的可變形基底的優(yōu)點(diǎn)，可在Mini-DIP智能功率模塊 封裝中實(shí)現(xiàn)600V 3A到30A的功率額定值，同時(shí)保持PCB管腳布局和價(jià)格的競(jìng)爭(zhēng)力。這樣可以針對(duì)多種應(yīng)用提供派生產(chǎn)品，比如功率因數(shù)校正、開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)等。

3 實(shí)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(jiàn)圖4所示)， 應(yīng)用美國(guó)IR公司的功率器件和貼片工藝生產(chǎn)。用戶(hù)可以簡(jiǎn)單方便地直接利用它或其組合設(shè)計(jì)制作成各類(lèi)高頻大功率開(kāi)關(guān)電源。

3.1技術(shù)特征

通過(guò)圖4對(duì)該模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)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(gòu)原理圖

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

所謂電流型即在比較器的輸入端直接用感應(yīng)到的輸出電流信號(hào)與誤差放大器進(jìn)行比較，來(lái)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(gè)開(kāi)關(guān)電源電壓和電流的調(diào)整率，改善整個(gè)系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)。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(gè)連續(xù)脈沖的可能性。這對(duì)于半橋電路或全橋電路組成的開(kāi)關(guān)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(shí)，常出現(xiàn)一路輸出中有兩個(gè)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(cè)電路送來(lái)的電流信號(hào)實(shí)行逐個(gè)檢測(cè)，信號(hào)大時(shí)逐個(gè)關(guān)斷，超過(guò)極限時(shí)全保護(hù)關(guān)斷。(此時(shí)需關(guān)機(jī)啟動(dòng)，或延時(shí)3秒軟啟動(dòng)。)

⑵ 內(nèi)含IC驅(qū)動(dòng)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(dòng)器是不供地的，一般采用脈沖變壓器隔離。當(dāng)頻率在數(shù)Hz到數(shù)百kHz范圍內(nèi)變化時(shí)，普通的脈沖變壓器是無(wú)法勝任的。而采用IC驅(qū)動(dòng)電路就不存在上述問(wèn)題，它的固有死區(qū)能防止產(chǎn)生直通信號(hào)，它的圖騰柱電路能吸收橋電路的“米勒效應(yīng)”。

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(diǎn)上伴有0.1Ω的電流取樣電阻，它能感應(yīng)到內(nèi)部任一橋路或任一橋路的外部過(guò)流、短路，將檢測(cè)信號(hào)送往保護(hù)輔助電路進(jìn)行判斷調(diào)整或極限保護(hù)。并有4×1500pf電容，輸出串接1mH電感可成為零電壓開(kāi)通、關(guān)斷的諧振電路(ZVS)。

⑷ 應(yīng)用P1電流檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)恒流控制

將流過(guò)第P1腳的電流感應(yīng)檢波取樣送至第9腳，經(jīng)過(guò)調(diào)整送至第8腳可進(jìn)行恒流控制。

⑸ 具有輔助電源供電流型PWM及輔助保護(hù)電路正常工作

由啟動(dòng)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(gòu)分析所知，它大大減少或克服了后級(jí)(DC-AC)分立組合所帶來(lái)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(shí)現(xiàn)功能DC-AC。

⑹ 外形尺寸（長(zhǎng)寬厚）為：115mm×66mm×23mm。

⑺ 模塊使用時(shí)應(yīng)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(shè)計(jì)公式

由于DC-AC模塊應(yīng)用領(lǐng)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(shè)計(jì)公式和舉例。

式中：
　　　
E=U1為變壓器初級(jí)直流電；
N1為初級(jí)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(diǎn)

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