1 引言
結(jié)構(gòu)緊湊、接口簡(jiǎn)單的igbt模塊是電子設(shè)計(jì)工程師在設(shè)計(jì)高性?xún)r(jià)比的拖動(dòng)裝置和電力電子組件時(shí)所熱切期待的。賽米控(semikron)在其新推出的semixtm 系列中，采用了一個(gè)既靈活又可以擴(kuò)展的igbt模塊的新平臺(tái)，充分詮釋了客戶(hù)的這些需求:寬廣的功率范圍、可選的多種接口、低成本的散熱和簡(jiǎn)潔的機(jī)械設(shè)計(jì)。

2 模塊的特性與應(yīng)用
2.1 寬廣的功率范圍
semixtm系列的主要優(yōu)勢(shì)在于其寬廣的功率范圍。semixtm可以提供三種安裝尺寸:semixtm 2、semixtm 3和semixtm 4。每個(gè)模塊內(nèi)部分別包括了2個(gè)、3個(gè)或4個(gè)并聯(lián)的半橋。在此基礎(chǔ)上，該系列所有的模塊都具有相同的寬度與不同的長(zhǎng)度，如圖1所示。因此，在寬廣的功率范圍內(nèi)，單一的機(jī)械結(jié)構(gòu)可以接納不同長(zhǎng)度的模塊。

圖 1 semixtm系列模塊圖

2.2 semixtm 外殼的特點(diǎn)
由于市場(chǎng)越來(lái)越傾向于結(jié)構(gòu)緊湊的功率電子系統(tǒng)， igbt模塊的外形尺寸也越來(lái)越小。因此，semixtm將主回路端子的高度設(shè)計(jì)為17mm。 兩個(gè) ac 和 dc 端子分別位于模塊的上下兩側(cè)，使變頻器主回路的連接更為方便。

圖2 基礎(chǔ)模塊 semixtm 3

主回路端子的設(shè)計(jì)排列允許將驅(qū)動(dòng)器置于模塊的頂端。semixtm 的壓蓋還提供了一個(gè)附加的功能:由pcb 板構(gòu)成的壓蓋帶有一個(gè)夾層，該夾層可以連接到模塊的底板上，用以增強(qiáng)對(duì)emi的屏蔽作用。另外，內(nèi)置的的柵極－發(fā)射極電阻可以保護(hù)柵極不被“懸空”。

每個(gè) semixtm模塊包括一個(gè)具有ntc特性(型號(hào)為kg3b-35-5)的集成溫度傳感器，用來(lái)監(jiān)測(cè)模塊的溫度。 semixtm還為頂部的igbt留置了一個(gè)集電極傳感端子。

semix的功率端子是直接焊接到dcb基片上的，從而最大限度地優(yōu)化了功率端子的散熱，并極大地降低了連線損耗，充分地發(fā)揮了溝槽式igbt的優(yōu)勢(shì)。

2.3 semixtm的功率等級(jí)和芯片技術(shù)
semixtm包括600v、1200v和1700v三個(gè)電壓等級(jí)。在所有三個(gè)電壓等級(jí)中，igbt3溝槽式技術(shù)與高電流密度的cal-hd二極管相結(jié)合。而在1200v的電壓等級(jí)中，還采用了軟穿透式(spt)igbt和cal二極管的組合，特別適用于開(kāi)關(guān)頻率較高的場(chǎng)合。

圖3 semixtm 模塊1200v溝槽式igbt適用的電機(jī)功率等級(jí)

圖3給出了適用于各等級(jí)典型電機(jī)的1200vsemixtm 溝槽式igbt模塊的一覽表，其中假定電機(jī)的過(guò)載系數(shù)為150%以及變頻器的效率為90%。

2.4 高效率的散熱:六單元與半橋封裝
在功率電子線路中最常用的電路是三相逆變橋。semikron為這類(lèi)電路結(jié)構(gòu)提供了六單元封裝和三個(gè)半橋封裝(見(jiàn)圖4)。

圖 4 用于三相逆變橋的六單元封裝和三個(gè)半橋封裝

高端或低端的制動(dòng)斬波器具有和半橋相同的封裝形式，從而簡(jiǎn)化了變頻器的機(jī)械結(jié)構(gòu)。

可選擇采用集成的六單元或分立的三個(gè)半橋來(lái)構(gòu)成一個(gè)三相逆變器，是semix平臺(tái)理念獨(dú)一無(wú)二的特點(diǎn)。
圖5顯示了安裝在散熱器上的兩種功率模塊解決方案的熱仿真。計(jì)算條件是:300mm寬webra p16型散熱片、環(huán)境溫度40℃、強(qiáng)制風(fēng)冷81.5l/s、最大結(jié)溫125℃。

當(dāng)半橋igbt模塊的相互間隔為42mm時(shí)，與六單元模塊相比較，其對(duì)環(huán)境的熱阻降低約20%。這一熱阻降低的現(xiàn)象可以被用來(lái)提高輸出電流(因?yàn)楹附拥闹骰芈范俗硬辉俪蔀橄拗齐娏鞯囊蛩?，或者被用來(lái)減小散熱成本(散熱器、風(fēng)扇)，或者利用結(jié)溫降低了10℃的事實(shí)，使功率循環(huán)的次數(shù)加倍。

(a)

(b)
圖 5 六單元與展開(kāi)的三個(gè)半橋的熱仿真

2.5 驅(qū)動(dòng)器接口的選項(xiàng)
目前市場(chǎng)上的igbt模塊為驅(qū)動(dòng)器提供了標(biāo)準(zhǔn)的可焊接或即插式接口。接口的端子定義主要由模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)來(lái)決定，并不一定與變頻器設(shè)計(jì)所需的最佳排列相吻合。在semix平臺(tái)中，賽米控(semikron)將提供靈活的輸出接口，用以解決模塊設(shè)計(jì)和變頻器設(shè)計(jì)相互間的沖突。

該接口共有三個(gè)選項(xiàng):
(1) 接/即插式接口
(2) 為客戶(hù)定做的卡接式接口
(3) 優(yōu)化過(guò)的賽米控(semikron)igbt驅(qū)動(dòng)器
這些不同的可選件顯示在圖6中。

圖 6 semixtm模塊系列中驅(qū)動(dòng)器接口的選項(xiàng)

3 結(jié)束語(yǔ)
semixtm是賽米控(semikron)推出的性?xún)r(jià)比好、可擴(kuò)展、靈活的igbt模塊新技術(shù)，它極具成為市場(chǎng)的又一典范產(chǎn)品的潛力。semix系列集成了當(dāng)今igbt和續(xù)流二極管最前沿的芯片技術(shù)。
模塊的機(jī)械外型使變頻器在寬廣的電流和電壓范圍內(nèi)(190a~1000a;600v, 1200v, 1700v)設(shè)計(jì)更緊湊、性?xún)r(jià)比更優(yōu)良。
semixtm模塊提供多種驅(qū)動(dòng)器接口，并集成了如下基本功能如:溫度傳感器、emi屏蔽、esd保護(hù)等。

參考文獻(xiàn)
(略)

作者簡(jiǎn)介
ralph annacker 現(xiàn)任賽米控(semikron)國(guó)際公司產(chǎn)品部經(jīng)理。