新型電力電子技術功率模塊特征與應用

1 應用智能型功率模塊勢在必行

功率模塊有助于大功率應用實現可靠的集成化系統布局。智能型功率模塊將分立功率半導體器件和驅動器集成到一個封裝中，能夠減少在設計上花費的時間和精力，保證其電器產品擁有可靠的功率電子部件。這種集成能夠縮短產品上市時間。

在電力電子技術中，開關電源占有重要地位，而現代電力電子技術的繁榮與開關電源（特別是高頻開關電源）的發展緊密聯系在一起，高頻化是現代電力電子技術焦點之一。但現代高頻開關電源應用空間迅速擴展，都開始將注意力轉向以高頻變換為代表的現代電力電子技術，許多新的應用領域中其熱點也陸續發展并選中高頻開關電源(DC/AC)。

在消費電器和一般工業應用的低功率電機驅動領域中，采用轉模(transfer-molded)封裝的智能功率模塊是目前的發展趨勢。

在上述這些應用領域中很重要的是要求高可靠的高頻大功率的開關電源。根據現代電力電子技術關于高頻電源電路應集成化、智能化及模塊化的又一特點，縱觀目前市場，應用智能型功率模塊是勢在必行。

如今智能功率模塊涵蓋0.05kW至7kW的功率范圍，具有緊湊性、功能性、可靠性以及成本效益。通過使用銅直接鍵合(DBC)基底的轉模封裝，不僅能夠提高功率密度，并且在單一封裝中便可實現三相逆變器、SRM驅動器和功率因數校正等各種電路拓撲。本文將從智能功率模塊的核心技術(IBGT技術)及其應用作分析介紹。

2 智能功率模塊的核心技術

2.1新的IBGT技術

功率模塊系列集成了新的IBGT技術，達到了產品的額定值和工業標準要求的特性，開關性能和應用強韌性十分優異。因為模塊化系統特性，如DBC襯底、塑封設計、芯片布線和凝膠涂料，該解決方案在任何環境下都有極佳的性能表現。

由于IGBT技術的進步，智能功率模塊（SPM）系列一直不斷地經歷著升級。隨著亞微米設計規則的引入，不僅芯片尺寸減小的速度加快，同時電流密度大幅度地增加。最新一代的IGBT芯片實現了關斷損耗和導通壓降之間更好的性能平衡關系，同時確保擁有足夠的SOA。圖1表示IGBT技術方面的改進。顯然，V5 IGBT具有出色的器件性能，關斷損耗與導通壓降均小，從而可以在更小的封裝中增大功率容量。

圖1 IGBT技術方面的改進

低功耗運作常常需要更快的開關速度，這造成了恢復電流的增加和dv/dt的升高，會帶來較大的電磁干擾(EMI)、高浪涌電壓和電機泄漏電流。在SPM系列中，已經考慮了EMI問題，并優化了柵極驅動的設計，犧牲高開關速度以控制集成IGBT的開關速度。正是由于IGBT具有低導通壓降，能夠保持總體功耗不變，同時實現低EMI特性。此外，為了獲得更佳的ESD保護，在柵極和發射極之間使用了具有足夠的箝位電壓的多個背靠背二極管。使用集成式保護二極管，智能功率模塊都達到工業標準ESD電平。