---早期的電力電子產(chǎn)品用分立元器件(discrete devices)組成,功率器件安裝在散熱器上,附近安裝驅(qū)動(dòng)、檢測(cè)、保護(hù)等印刷電路板(PCB),還有分立的無(wú)源元件。用分立元器件制造電力電子產(chǎn)品,設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)、加工勞動(dòng)強(qiáng)度大、可靠性差、成本也高。
---因此電力電子產(chǎn)品逐步向模塊化、集成化方向發(fā)展,其目的是使尺寸緊湊、實(shí)現(xiàn)電力電子系統(tǒng)的小型化,縮短設(shè)計(jì)周期,并減小互連導(dǎo)線(xiàn)的寄生參數(shù)等。電力電子器件的模塊化和集成化,先后經(jīng)歷了功率模塊、單片集成式模塊、智能功率模塊(IPM)等發(fā)展階段。其中功率模塊與驅(qū)動(dòng)、保護(hù)、控制電路是分立的,而單片集成和IPM中的功率器件與驅(qū)動(dòng)、保護(hù)、控制等功能集成為一體。 1 功率模塊
 ---電力電子變換器常常需要多個(gè)功率器件組成,例如一個(gè)雙向開(kāi)關(guān)至少需要兩個(gè)功率器件和兩個(gè)二極管;考慮串并聯(lián),單相、三相半橋或全橋開(kāi)關(guān)電路要用幾個(gè)、甚至幾十個(gè)功率器件和一些輔助器件(如快速二極管FD)組成。電力電子變換器的功率器件間的互連引線(xiàn)多,寄生電感大。為了使其結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、加工方便,更為了縮短開(kāi)關(guān)器件間的互連導(dǎo)線(xiàn)、減小電感,功率器件必須實(shí)現(xiàn)模塊化、集成化,稱(chēng)為功率模塊。圖1給出一個(gè)三相全橋整流模塊的外形圖,模塊有3個(gè)輸入接線(xiàn)端,接三相電源;有2個(gè)輸出接線(xiàn)端,接負(fù)載。
---將若干功率開(kāi)關(guān)器件和快速二極管組合成標(biāo)準(zhǔn)的功率模塊(Power module),是集成電力電子技術(shù)發(fā)展進(jìn)程中最初步的集成化、模塊化。因?yàn)檫@種功率模塊沒(méi)有與驅(qū)動(dòng)、控制、保護(hù)、檢測(cè)、通信等功能集成。現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)開(kāi)發(fā)出功率MOS管、可控整流元件或晶閘管（SCR）、雙極型功率晶體管以及IGBT等功率模塊。
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---最簡(jiǎn)單的功率模塊是單相功率因數(shù)校正用的Boost PFC功率模塊,它包含一個(gè)IGBT(或功率MOS管)與一個(gè)Boost二極管以及4個(gè)整流管組成的單相橋。圖2(a)、(b)分別給出單相Boost PFC變換器系統(tǒng)及PFC功率模塊組成圖,有8個(gè)接線(xiàn)端,配以電感、電容元件,就可以組裝成單相Boost PFC主電路,十分簡(jiǎn)便。
---變頻器主電路也有專(zhuān)用的功率器件標(biāo)準(zhǔn)模塊,可以靈活地組裝成各種單相、三相半橋或全橋逆變器[1]。在雙向開(kāi)關(guān)的基礎(chǔ)上,德國(guó)EUPEC公司研制成功矩陣變換器專(zhuān)用的開(kāi)關(guān)矩陣模塊,日本富士電機(jī)開(kāi)發(fā)了矩陣變換器專(zhuān)用的逆阻型IGBT模塊。所謂逆阻型IGBT是指可以承受較高反向電壓的IGBT,反向時(shí)這種IGBT可處于阻斷狀態(tài)。不像普通IGBT承受反向電壓的能力較弱,很可能被反向電壓擊穿,所以普通IGBT要提高承受反向電壓的能力,必須串聯(lián)一個(gè)二極管。一個(gè)3×3矩陣變換器中需要9個(gè)雙向開(kāi)關(guān)模塊,用普通IGBT,每個(gè)模塊需要2個(gè)IGBT和2個(gè)二極管相連接;而用逆阻型IGBT,每個(gè)雙向開(kāi)關(guān)模塊直接由2個(gè)IGBT并聯(lián)組成,3×3矩陣變換器用逆阻型IGBT構(gòu)成雙向開(kāi)關(guān)模塊,可省去18個(gè)二極管,減少了器件功耗。
---圖3為IGBT模塊的幾種組合方式[1]。 --------
---IGBT基本單元模塊,見(jiàn)圖3(a)。由一個(gè)IGBT和一個(gè)FD反并聯(lián)組成（稱(chēng)為1 in 1）,有4個(gè)接線(xiàn)端。在需要更大電流的場(chǎng)合,可以用幾個(gè)基本單元并聯(lián)。
---二單元(2 in 1)IGBT模塊,見(jiàn)圖3(b),由兩個(gè)基本單元組成,有7個(gè)接線(xiàn)端,可看作是逆變器橋式開(kāi)關(guān)電路的一個(gè)橋臂,可以構(gòu)成單相半橋PWM逆變器。3個(gè)二單元IGBT模塊,就可以構(gòu)成三相PWM變頻器,當(dāng)需要更大電流定額時(shí),可以幾個(gè)模塊并聯(lián)使用。
---除了基本單元和二單元外,典型組合方式還有六單元(6 in 1)IGBT模塊和七單元(7 in 1)IGBT模塊。六單元IGBT模塊由6個(gè)IGBT和6個(gè)FD組成,有13個(gè)接線(xiàn)端,形成一臺(tái)三相變頻器。同樣可以幾個(gè)模塊并聯(lián),以便用于更大電流應(yīng)用。七單元(7 in 1)IGBT模塊,由7個(gè)IGBT和7個(gè)FD組成,可構(gòu)成變頻器和制動(dòng)電路。還可以?xún)?nèi)置其他器件,如橋式整流電路的二極管、電容的充電器用的SCR,以及檢測(cè)溫度用的熱敏電阻等。
---圖4給出兩種有代表性的IGBT模塊結(jié)構(gòu)。圖4(a)是通過(guò)外殼與接線(xiàn)端子一體化成型的結(jié)構(gòu),減少了連接件的數(shù)量,使內(nèi)部連線(xiàn)電感減小。通過(guò)在基片上直接敷銅(DCB)的方法,使IGBT模塊熱阻小、抗斷強(qiáng)度高。
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