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现代功率半导体模块发展

时间:2011-03-06 13:01来源:未知 作者:admin 点击:

电力电子半导体器件在现代电力电子技术中占据着重要的地位,它正向高频化、大功率化、智能化和模块化方向发展,其中模块化应用更为深入。

(1) 电力电子半导体模块化:

    模块化,按最初的定义是把两个或两个以上的电力半导体芯片按一定的电路结构相联结,用RTV、弹性硅凝胶、环氧树脂等保护材料,密封在一个绝缘的外壳内,并且与导热底板相绝缘而成的。

    自从模块原理引入电力电子技术领域以来,已开发和生产出多种内部电路相联接形式的电力半导体模块,诸如双向晶闸管、电力MOSFET以及绝缘栅双极型晶闸管(IGBT)等模块,使得模块技术得以更快的发展。 伴随着MOS结构为基础的现代半导体器件研发成功,人们把器件芯片与控制电路、驱动电路、过压、过流、过热和欠压保护电路以及自诊断电路组合起来,密封装在同一绝缘外壳内称之为智能化电力半导体模块,即IPM。

    为了提高整个系统的可靠性,以适应电力电子技术向高频化、小型化、模块化方向发展。在IPM的基础上,再增加一些逆变器的功能,使逆变电路(IC)的所有器件以芯片形式封装在一个模块中,便成为用户专用电力模块(ASPM),这样的模块更有利于高频化。 为了能使逻辑电平为几伏、几毫安的集成电路IC与几百伏、几千伏的电力半导体器件相集成,以满足电力事业的发展,人们采用混合封装方法制造出能适应于各种场合的集成电力电子模块(IPEM)。

(2) 智能晶闸管模块:

    晶闸管智能模块ITPM(Intelligent Thyristor Power Mudule),是把晶闸管主电路和移相触发系统以及过电流、过电压保护、传感器等共同封装在一个塑料外壳内制成的,使有关电路成为了一个整体。该晶闸管是电流控制型电力半导体器件,需要大的脉冲触发功率才能驱动晶闸管,该模块做起来具有一定难度。 

(3) IGBT智能模块:

    80年代,绝缘栅双极晶体管IGBT器件研发成功。由于IGBT器件具有电压型驱动、驱动功率小、开关速度高、饱和压降低以及可耐高电压、大电流等一系列应用上的优点,并可用IC来实现驱动和控制,进而发展到集成IGBTA芯片、快速二极管芯片、控制和驱动电路、过压、过流、过热和欠压保护电路,箱位电路以及自诊断电路等封装在同一绝缘外壳内,具有智能化的IGBT模块(IPM)。它为电力电子逆变器的高频化、小型化、高可靠性和高性能创造了器件基础。

(4) 通信电源模块:

    现今电力电子技术在电源模块中发展的趋势是低电压、大电流。在次级整流电路中选用同步整流技术成为一种高效、低损耗的方法。由于功率MOSEFT的导通电阻很低,能提高电源效率,因而在采用隔离Buck电路的DC/DC变换器中已开始应用。同步整流技术是通过控制功率MOSEFT的驱动电路,实现整流功能的技术。一般驱动频率固定,大约可达200kHz以上,门限驱动可以采用交叉合(Crosscoupled)或外加驱动信号配合死区时间控制实现。同步整流技术不仅提高了电源效率,而且给通信电源模块带来了新的进步,使得同步整流成为一种主流电源技术,应用于广泛的工业生产领域。

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