功率模组
 | 此条目需要补充更多来源。 (2019年12月) |
功率模组（power module）可以将各个电力电子学元件（多半是功率半导体元件）放在同一封装中。其中的功率半导体（称为裸晶）会用焊接或是烧结的方式固定在乘载功率半导体的基板上，依需要提供热接触、电气导通或是绝缘。分立功率半导体多半是TO-247或TO-220的塑胶包装，相较起来，功率模组的功率密度较高，而且在许多领域中比分立元件要可靠。
模组拓朴
[编辑]有些功率模组中会包括单一的功率元件（例如MOSFET、IGBT、BJT、晶闸管、GTO、JET）或是二极管，不过大多数的功率模组中会包括多个互相连接的裸晶，以形成特定的电路，这个称为拓朴。功率模组中也可能包括其他的元件，例如减小切换电压超调的陶瓷电容，或是监控基板温度的温度感测器。常见的模组拓朴有：
- 开关（MOSFET、IGBT）搭配反并联二极管。
- 二极管电桥，其中包括四个（单相）或六个（三相）二极管
- 半桥[1]（逆变器的一路，有二个开关以及其反并联二极管）
- H桥（四个开关以及其反并联二极管）
- boost电路或是功因修正电路（一或二个开关，配合一或二个高速的整流二极管）
- ANPFC（功因修正电路，有二个开关以及其反并联二极管，四个高速的整流二极管）
- 三电平NPC（I型）（多电平逆变器，有四个开关以及其反并联二极管）
- 三电平NPC（T型）（多电平逆变器，有四个开关以及其反并联二极管）
- 三电平ANPC（多电平逆变器，有六个开关以及其反并联二极管）
- 三电平H6.5[2]（有六个开关，分别是四个快速的IGBT，二个慢速的IGBT，以及五个快速二极管）
- 三相逆变器[1]：也称为6-in-1，包括六个开关以及其反并联二极管）
- Power Interface Module，简称PIM（包括输入整流器，功因修正电路以及逆变器极）
- 智能功率模组（Intelligent Power Module）、简称IPM（包括功率级以及其驱动保护电路，也可能包括输入整流器及功因修正电路）
电气互连技术
[编辑]有关功率模组和其他电路系统的连接，最传统的是用螺丝锁固的接触，此外，也有用插针触点（焊在印刷电路板上）、压入式触点压到电路板上（电路板的贯孔）、内在提供对电路板压力的弹簧触点、或是利用纯压力接触，让两块耐腐蚀表面区域接合在一起[3]。 压入式触点有高可靠度，而且容易组装，不用焊接[4]，相较于压入式触点，弹簧触点的好处是容易从电路板上拆下，而且是非破坏性的拆下，可以拆换数次（例如模组的检测或是更换）[5]。压入式触点及弹簧触点的缺点都是因为其电气接触面积小，电流额定也比较小，因此有些模组可能会将多个压入式触点或弹簧触点并联，以加大电流。
技术发展趋势
[编辑]目前功率模组的技术发展趋势是降低成本，提升功率密度、提升可靠度以及减少杂散元件的影响。杂散元件是在电路之间不想要的电容（杂散电容）或是导线之间不想要的电感（杂散电感）。若运用在逆变器上，这些可能会造成电磁辐射（EMR）。另一个杂散元件的缺点是对切换特性的影响，而且会加大切换损失。因此，制造商会设法减少杂散元件，并且维持低成本，而且和其他厂商的元件保持高度的相容性，以便成为替代料源 更进一步功率模组最佳化的主题是从热源（裸晶）到散热片之间的散热途径。热需要通过许多不同的材质，例如焊锡、导热绝缘基板、基板、散热膏以及散热片本体，最后才传到像是空气、或是水或油等液态介质中。新一代的碳化硅功率晶体管其功率密度更大，因此对热传的需求也会更大。
应用
[编辑]功率模组可以用在功率转换的设备中，例如变频器、嵌入式电机驱动器、不间断电源、直流-交流电源供应及焊接机电源。
功率模组也用在可再生能源（风力发动机、太阳能发电）中的逆变器中，或是电动载具（EV）的动力来源。
历史
[编辑]第一个绝缘的功率模组是由Semikron在1975年导入市场（SEMIPACK）[6]。
制造商
[编辑]相关条目
[编辑]参考资料
[编辑]- ^ 1.0 1.1 Vincotech. Product Search. Vincotech. [2019-12-15]. （原始内容存档于2019-12-12）.
- ^ 存档副本 (PDF). [2019-12-12]. （原始内容存档 (PDF)于2019-02-14）.
- ^ 存档副本. [2019-12-12]. （原始内容存档于2016-04-24）.
- ^ http://www.infineon.com/pressfit-product-information[失效链接]
- ^ http://www.semikron.com/dl/service-support/downloads/download/semikron-flyer-skim-2014-04-08.html[永久失效链接]
- ^ http://www.semikron.com/dl/service-support/downloads/download/semikron-application-manual-power-semiconductors-english-en-2010-11.pdf[永久失效链接]
- ^ http://www.vincotech.com （页面存档备份，存于互联网档案馆） Vincotech
- ^ https://de.wikipedia.org/wiki/Vincotech （页面存档备份，存于互联网档案馆） Wikipedia Vincotech Article (In German)
- ^ Power Semiconductors - Introduction to Semiconductor Products - Fuji Electric. www.fujielectric.com. [2019-12-15]. （原始内容存档于2019-06-29）.
外部链接
[编辑]
- Semikron Application Manual Power Semiconductors[永久失效链接]: extensive information about power semiconductor application and power module technology
- Eltek Flatpack2 48V HE Example of Power module; a high efficiency rectifier