新型电力电子技术功率模块特征与应用
由于成本效益的原因，高压IC (HVIC)和低压IC (LVIC)设计具有最好的必要功能，特别适合于消费电器的逆变器驱动。在设计方面的考虑：包括借助精细工艺技术减小芯片尺寸；由3V馈入微控制器直接驱动有效的“高电平”接口；低功耗；更高的抗噪声能力；抗温度变化的更好稳定性等等。
HVIC的一个特性是内置高电平偏移功能，如图2所示. 能够将来自微控制器的PWM输入直接转换至高边功率器件。此外，使用外部充电反向电容CBS，可以采用单一控制电源VB驱动智能功率模块。
图2 高边驱动器配置
另一方面，HVIC对于外部噪声敏感，因为其信号是通过脉冲信号和SR锁存器进行转换的。对于这种脉冲驱动HVIC，高dv/dt开关驱动IGBT是最危险的开关类型。假设从漏极看LDMOS寄生电容是CM，高边IGBT的导通dv/dt是dVS/dt，CM必须采用大电流充电，才能使LDMOS漏极电压跟随快速变化的VB电压，该电压通过自举电容CBS与VS耦合。大充电电流在R1和R2上引起过大的压降，从而误触发SR锁存器。
为了克服噪声敏感性，开发了具有独特拓扑的噪声消除器，如图2所示。V/I转换器将电平变换器的输出转换成电流信息。对于具有高dv/dt的共模噪声，V/I转换器会给出相同的输出。但是，对于正常运作，V/I转换器输出是互不相同的，因为两个LDMOS中只有一个工作于正常的电平转换器运作状态。这样可以方便地确定V/I转换器的输出是否是由于噪声引起。一旦噪声消除器识别出有共模噪声侵入，它便吸收V/I转换器的电流输出。然后，V/I转换器重建电压信号.这个信号来自V/I转换器的电流输出，在VB和VS电源轨之间摆动。最后，经放大的信号送到SR锁存器。
V/I和I/V转换的另一个优点是允许负VS电压不再受电路的阈值电压支配。由于其独特的拓扑，HVIC展示了出色的噪声免疫能力，能够耐受高达50V/ns的高dv/dt噪声，并且扩展负电压运作范围，在VB=15V左右达到VS=-10V。
LVIC负责所有的保护功能及其向微控制器的反馈。它的保护电路检测控制电源电压、LVIC温度以及带外部并联电阻的IGBT集电极电流，并在错误状态中断IGBT的操作。有关的保护应该不受温度和电源电压的影响。
而错误信号是用于通知系统控制器保护功能是否已经激活。错误信号输出是低电平有效的集电极开路配置。它一般通过上拉电阻被拉升至3.3V到15V。当错误发生时，错误线拉低，低边IGBT的所有栅极被中断。如果错误是过电流引起的，输出则出现一个脉冲，然后自动复位。首选的低信号持续时间取决于它的应用，例如，对于家电首选几毫秒，但是在工业应用中首选低信号持续时间为(1～2)倍的IGBT开关频率。
具有新IBGT技术智能功率模块的举例见图3所示。
图3 具有新IBGT技术智能功率模块图
这个系统由一个功率板和一个控制板组成，两块板通过一个6线接口相连，确保电源与信号之间噪声的干扰很低．功率板直接使用市电电源(因为板上装有倍压器，可以连接120V或220V市电)或使用外部直流电源，低压辅助电源也安装在功率板上，配合额定电压高于50VDC的应用工作。
而带输入整流半桥选件的三相逆变器，更低的通态电压降(VCE(sat))和CRES/CIES比，超软超快恢复反向并联二极管工作频率高达70kHz，新一代产品的参数分布公差小，单螺钉组装，芯片上无热点，大电流模块可选择负温度系数电阻。
这些电路板十分适合那些需要六步通信或六个信号PWM(正弦调制)输出的应用领域，如3相交流永磁电机或无刷电机(正弦曲线驱动)控制；单相和三相UPS。
2.3智能功率模块的自举二极管技术
因为除了基本的三相逆变器拓扑，更多的集成是面临的挑战之一。值此自举二极管似乎成为集成的合适器件。实际上，市场上已出现了数种内置自举二极管的产品，但是从技术角度来看，其方式略有不同。其中之一是使用HVIC上的高压连结终端区域作为自举二极管。其应用局限于额定值在100W以下的低功率应用，因为这种方式具有较大的正向压降和较差的动态特性。功率在400W左右时，采用分立FRD作为自举二极管，但是由于其封装尺寸有限，没有串联电阻(RBS)，因此需要对大充电流进行特殊处理，尤其在初始的充电期间。在高于400W的应用中，最常见的应用是将分立FRD和分立电阻进行组合(见图2所示)。这种方式的唯一缺点是占用空间较大和相应的成本增高。
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