SEMiXTM-IGBT 模塊開發的新平臺

2019-11-03 09:59:29

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供稿：網友

Ralph Annacker，產品部經理
Thomas Grasshoff，產品管理經理
賽米控（SEMIKRON）國際公司

　　結構緊湊、接口簡單的 IGBT

　　模塊是電子設計工程師在設計高性價比的拖動裝置和電力電子組件時所熱切期待的。賽米控（SEMIKRON）在其新推出的 SEMiXTM 系列中，采用了一個既靈活又可以擴展的 IGBT 模塊的新平臺，充分詮釋了客戶的這些需求：寬廣的功率范圍、可選的多種接口、低成本的散熱和簡潔的機械設計。

　　寬廣的功率范圍

　　SEMiXTM系列的主要優勢在于其寬廣的功率范圍。SEMiXTM可以提供三種安裝尺寸： SEMiXTM2、SEMiXTM3 和 SEMiXTM4。每個模塊內部分別包括了 2 個、3 個或 4 個并聯的半橋。在此基礎上，該系列所有的模塊都具有相同的寬度與不同的長度。因此，在寬廣的功率范圍內，單一的機械結構可以接納不同長度的模塊。

　　SEMiXTM外殼的特點

　　由于市場越來越傾向于結構緊湊的功率電子系統， IGBT 模塊的外形尺寸也越來越小。因此， SEMiXTM主回路端子的高度設計為 17mm。兩個 AC 和 DC 端子分別位于模塊的上下兩側，使變頻器主回路的連接更為方便。

　　主回路端子的設計排列允許將驅動器置于模塊的頂端。SEMiXTM的壓蓋還提供了一個附加的功能：由 PCB 板構成的壓蓋帶有一個夾層，該夾層可以連接到模塊的底板上，用以增強對 EMI 的屏蔽作用。另外，內置的柵極－發射極電阻可以保護柵極不被"懸空"。

圖1：基礎模塊 SEMiXTM3

　　每個 SEMiXTM 模塊包括一個具有 NTC 特性 (型號為 KG3B-35-5 )的集成溫度傳感器，用來監測模塊的溫度。 SEMiXTM還為頂部的 IGBT 留置了一個集電極傳感端子。

　　SEMiX 的功率端子是直接焊接到 DCB 基片上的，從而最大限度地優化了功率端子的散熱，并極大地降低了連線損耗，充分地發揮了溝槽式 IGBT 的優勢。

　　SEMiXTM的功率等級和芯片技術

　　SEMiXTM包括 600V、1200V 和 1700V三個電壓等級。在所有三個電壓等級中，IGBT 溝槽式技術與高電流密度的 CAL-HD 二極管相結合。而在 1200V 的電壓等級中，還采用了軟穿透式 (SPT) IGBT 和 CAL 二極管的組合，特別用于開關頻率較高時。

圖2: 六單元與展開的三個半橋的熱仿真

　　圖 2 給出了適用于各等級典型電機的 1200V SEMiXTM溝槽式 IGBT 模塊的一覽表，其中假定電機的過載系數為 150% 以及變頻器的效率為 90%。

　　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為這類電路結構提供了六單元封裝和三個半橋封裝。

　　高端或低端的制動斬波器具有和半橋相同的封裝形式，從而簡化了變頻器的機械結構。

　　可選擇采用集成的六單元或分立的三個半橋來構成一個三相逆變器，是 SEMiX 平臺理念獨一無二的特點。

圖3：SEMiXTM模塊 1200V 溝槽式 IGBT 適用的電機功率等級

　　圖 3 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。計算條件是： 300mm 寬 WEBRA P16 型散熱片、環境溫度 40℃、強制風冷81.5 l/s、最大結溫 125℃。

　　當半橋 IGBT 模塊的相互間隔為 42mm 時，與六單元模塊相比較，其對環境的熱阻降低約 20%。這一熱阻降低的現象可以被用來提高輸出電流（因為焊接的主回路端子不再成為限制電流的因素），或者被用來減小散熱成本（散熱器、風扇），或者利用結溫降低了 10℃的事實，使功率循環的次數加倍。

　　驅動器接口的選項

　　目前市場上的 IGBT 模塊為驅動器提供了標準的可焊接或即插式接口。接口的端子定義主要由模塊的內部結構來決定，并不一定與變頻器設計所需的最佳排列相吻合。在 SEMiX 平臺中，賽米控將提供靈活的輸出接口，用以解決模塊設計和變頻器設計相互間的沖突。

　　該接口共有三個選項：

　　1. 焊接 / 即插式接口

　　2. 為客戶定做的卡接式接口

　　3. 優化過的賽米控IGBT 驅動器

　　結論：

　　SEMiXTM是賽米控推出的性價比好、可擴展、靈活的IGBT 模塊新技術，它極具成為市場的又一典范產品的潛力。 SEMiX 系列集成了當今 IGBT 和續流二極管最前沿的芯片技術。

　　模塊的機械外型使變頻器在寬廣的電流和電壓范圍內（190 A~1000 A ；600V, 1200V, 1700V）設計更緊湊、性價比更優良。

　　SEMiXTM模塊提供多種驅動器接口，并集成了如下基本功能如：溫度傳感器、EMI 屏蔽、ESD 保護等。

　　
摘自　賽迪網

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