新型电力电子技术功率模块特征与应用
功率模块有助于大功率应用实现可靠的集成化系统布局。智能型功率模块将分立功率半导体器件和驱动器集成到一个封装中，能够减少在设计上花费的时间和精力，保证其电器产品拥有可靠的功率电子部件。这种集成能够缩短产品上市时间。
在电力电子技术中，开关电源占有重要地位，而现代电力电子技术的繁荣与开关电源（特别是高频开关电源）的发展紧密联系在一起，高频化是现代电力电子技术焦点之一。但现代高频开关电源应用空间迅速扩展，都开始将注意力转向以高频变换为代表的现代电力电子技术，许多新的应用领域中其热点也陆续发展并选中高频开关电源(DC/AC)。
在消费电器和一般工业应用的低功率电机驱动领域中，采用转模(transfer-molded)封装的智能功率模块是目前的发展趋势。
在上述这些应用领域中很重要的是要求高可靠的高频大功率的开关电源。根据现代电力电子技术关于高频电源电路应集成化、智能化及模块化的又一特点，纵观目前市场，应用智能型功率模块是势在必行。
如今智能功率模块涵盖0.05kW至7kW的功率范围，具有紧凑性、功能性、可靠性以及成本效益。通过使用铜直接键合(DBC)基底的转模封装，不仅能够提高功率密度，并且在单一封装中便可实现三相逆变器、SRM驱动器和功率因数校正等各种电路拓扑。本文将从智能功率模块的核心技术(IBGT技术)及其应用作分析介绍。
2 智能功率模块的核心技术
2.1新的IBGT技术
功率模块系列集成了新的IBGT技术，达到了产品的额定值和工业标准要求的特性，开关性能和应用强韧性十分优异。因为模块化系统特性，如DBC衬底、塑封设计、芯片布线和凝胶涂料，该解决方案在任何环境下都有极佳的性能表现。
由于IGBT技术的进步，智能功率模块（SPM）系列一直不断地经历着升级。随着亚微米设计规则的引入，不仅芯片尺寸减小的速度加快，同时电流密度大幅度地增加。最新一代的IGBT芯片实现了关断损耗和导通压降之间更好的性能平衡关系，同时确保拥有足够的SOA。图1表示IGBT技术方面的改进。显然，V5 IGBT具有出色的器件性能，关断损耗与导通压降均小，从而可以在更小的封装中增大功率容量。
图1 IGBT技术方面的改进
低功耗运作常常需要更快的开关速度，这造成了恢复电流的增加和dv/dt的升高，会带来较大的电磁干扰(EMI)、高浪涌电压和电机泄漏电流。在SPM系列中，已经考虑了EMI问题，并优化了栅极驱动的设计，牺牲高开关速度以控制集成IGBT的开关速度。正是由于IGBT具有低导通压降，能够保持总体功耗不变，同时实现低EMI特性。此外，为了获得更佳的ESD保护，在栅极和发射极之间使用了具有足够的箝位电压的多个背靠背二极管。使用集成式保护二极管，智能功率模块都达到工业标准ESD电平。
评论