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加速低碳化跃迁,智能功率模块如何让热泵更智能?

作者: 时间:2024-04-26 来源:安森美 收藏

随着企业向低碳未来迈进,市场越来越需要更高效的。开发解决方案的关键目标在于,尽量降低系统总成本和缩小尺寸,同时提高效率。于是, () 应运而生,并成为市场备受瞩目的解决方案。这种模块结构紧凑、高度集成,具有高功率密度以及先进的控制与监测功能,非常适合应用。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/202404/458124.htm

的重要性

根据欧盟统计局数据,在欧盟消耗的所有能源中,约 50% 用于供暖和制冷,而且超过 70% 仍然来自化石燃料(主要是天然气)。在住宅领域,约 80% 的最终能源消耗用于室内和热水供暖。

热泵(图 1)由电力驱动,可以满足供暖、制冷和除湿需求,是一种成熟的可持续供暖解决方案。热泵是家庭和办公室的环保之选,有助于我们逐渐摆脱对化石燃料的依赖,转向使用更多的可再生能源技术。随着全球对能源安全和气候承诺的关注,热泵正在成为室内和热水供暖系统脱碳的主要工具。

根据国际能源署 (IEA) 的数据,全球热泵的安装数量预计将从 2020 年的 1.8 亿台增加至 2030 年的约 6 亿台。与传统化石燃料锅炉相比,热泵的效率至少要高出三倍,因此备受青睐。预计到 2030 年,热泵在单体建筑物中的安装数量将从目前的每月 150 万台增加到约 500 万台(数据来源:国际能源署)。在美国,《通胀削减法案》为购置热泵提供税收抵免和补贴,覆盖费用的比例具体取决于家庭的资格条件,最高可达 100%。

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图 1:热泵工作原理

在提升热泵效率方面的作用

在热泵系统中, () 对于控制变频器压缩机和风扇的功率流起着至关重要的作用。这些模块负责调节三相电机的供电频率和电压,有助于实现更高的压缩机和泵能效标准。例如,在制冷器中,与非变频系统相比,采用 IPM 的变频系统可降低 30% 的能耗。

IPM 广泛用于各种应用和系统。由于高度集成,无论是在功率级、驱动器还是保护方面,IPM 都有助于缩短开发周期。

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图 2:三相热泵框图

安森美 (onsemi) 最近发布了新的 1200 V SPM31 IPM 系列产品,为三相变频应用设立了新标准。这一突破性技术不仅满足了持续增长的节能需求,还致力于降低系统成本和提升整体性能。可以预见的是,具有全新和改进功能的 SPM31 IPM 将在热泵市场上产生深远影响。

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图 3:1200 V SPM31 IPM

01 更高的效率和功率密度

SPM31 IPM 采用最新的第 7 代 IGBT 场截止 (FS7) 技术,具备高效率和高稳健性。优化的开关单元设计和缓冲配置,以及窄电气参数分布,可消除单个和并联器件操作中的短路振荡现象。此外,该技术还采用亚微米沟槽栅单元间距,增加了通道密度,降低了导通损耗。同时,经过优化的栅极电容确保了平滑的开关波形和较低的开关损耗。发射极一侧采用多层 FS 技术增强了阻断能力,减小了漂移层厚度,从而降低了导通和开关能量损失。FS7 IGBT 的开发侧重于优化 Vcesat 和 Eoff,以实现先进的器件性能。

由于该技术大力降低了电磁干扰 (EMI),与上一代产品相比,SPM31 IPM 的功率损耗降低了多达 10%,功率密度提高了多达 9%,IGBT 芯片尺寸缩小了 20%。功率密度的提高有助于设计人员简化布局,腾出热泵系统中的宝贵空间,同时提高效率。SPM31 IPM 提供多种额定电流选项,范围从 15 至 35 安培 (A) 不等。

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图 4:SPM31 IPM 尺寸

02 先进功能确保可靠运行

安森美的 SPM31 IPM 配备了一系列先进功能,以确保可靠运行。这些模块包括栅极驱动器 IC 和各种模块级保护功能,例如:

● 欠压锁定:SPM31 IPM 可防止欠压情况导致系统出现不可预测的操作或对系统造成的损坏。

● 过流关断:此功能可防止过大电流对系统造成永久性损坏。

● 热监测:SPM31 IPM 可以准确感测温度,有助于实现良好的热管理,避免出现过热情况。

● 故障报告:这些模块可检测各种故障并向系统报告,为潜在问题提供早期预警信号。

此外,SPM31 IPM 采用直接键合铜衬底,热性能出色。这些功能增强了模块的稳健性,使其适合各种应用场景。SPM31 IPM 用途广泛,非常适合暖通空调、热泵、变频驱动器 (VFD)、工业泵和风机以及伺服电机等各种变频驱动应用。

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图 5:SPM31 IPM 的横截面

除了 SPM31,安森美还提供了其他多款多功能 IPM 产品系列。

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图 6:IPM 的应用场景

这些模块应用场景广泛,可实现高效紧凑的解决方案,有望在多个行业引发变革。

热泵应用的重大飞跃

SPM31 IPM 为热泵应用带来了重大突破。这款 IPM 结构紧凑,性能出色,能助力工程师设计出更高效、更可靠且更具成本效益的工业应用系统。



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