May 17, 2022
Ventajas de usar el diseño IPM y aspectos a tener en cuenta en la selección
Norman Day
breve introducción
Dado que la estructura del circuito de potencia impulsado por un motor monofásico o trifásico ha sido bastante madura y estable, el módulo de potencia que integra el interruptor de potencia y el circuito de accionamiento de esta parte ha tenido un impacto revolucionario en el concepto de diseño del sistema de convertidor de frecuencia después de su introducción. Con la madurez de la tecnología de empaquetado de módulos y la rápida disminución de costos, hay una tendencia a reemplazar gradualmente los componentes tradicionales y convertirse en el principal diseño de sistemas. Este módulo de potencia integrado tiene un nombre con alta liquidez, que se llama módulo de potencia integrado/inteligente, que se abrevia como IPM [1]. Desafortunadamente, la mayoría de los diseñadores todavía consideran tales componentes como una caja negra. O bien los abandonan por temor a no poder comprender los problemas que puedan surgir de ellos, o solo pueden aceptar la influencia de algunos fabricantes líderes y formar algunos conceptos especiosos. Sin embargo, ni los primeros ni los últimos creen que los diseñadores deberían adoptar una actitud hacia la tendencia del empaquetado integrado de potencia. Solo seleccionando el concepto de diseño con ventaja competitiva y dominando completamente las características y limitaciones de los componentes utilizados, podemos asegurar que no serán eliminados por el mercado que cambia rápidamente.
Ventajas de usar el diseño IPM
En términos del costo de un solo componente, IPM es realmente difícil de competir con los elementos de empaque separados ya estandarizados y producidos en masa. Sin embargo, solo considerar el diseño general del producto con un costo de material único no es la visión que un diseñador debería tener, por lo que el nivel de discusión de este tema debe ampliarse. Aquí, el autor lo divide en tres niveles: rendimiento, confiabilidad y precio para explorar las diferencias causadas por el uso de IPM en el diseño del sistema.
Rendimiento:
(1) Reducir en gran medida el número de componentes y el área requerida por PCB
(2) Proporcionar soluciones con un alto rendimiento de aislamiento y disipación de calor
(3) Reducir en gran medida la complejidad del diseño de líneas
(4) Reducir el efecto de inductancia parásita de la conexión de cristal de potencia y el circuito de accionamiento
(5) Los cristales integrados internamente tienen propiedades eléctricas similares
(6) Puede responder a todo tipo de protección anormal en tiempo real
Los beneficios del primer artículo son obvios. La Figura (1) proporciona datos cuantitativos para referencia. La segunda ventaja proviene de las diferencias proporcionadas por diferentes procesos. Al utilizar el elemento separado tradicional como diseño, debido a que la fuente o colector del cristal de potencia interno está directamente conectado con la carcasa de metal desnudo, para lograr el diseño de alta aislación y fácil conducción de calor, además de seleccionar la junta aislante con alto precio unitario, también hace que la operación de producción sea complicada, la anormalidad del producto terminado ensamblado es difícil de controlar y es muy costoso.
Tiempo de ensamblaje. IPM rompe el pensamiento de que el diseño tradicional solo puede resolver los problemas anteriores, y proporciona una solución real con un alto rendimiento de aislamiento y buena disipación de calor. El diagrama en la figura (2) presenta la conclusión anterior de manera más específica.
La figura (3) muestra el diagrama de diseño del circuito utilizando componentes tradicionales, y la figura (4) muestra el diagrama de diseño del circuito utilizando IPM. Ambos logran la misma función, pero el circuito obtenido mediante el sistema de diseño IPM es relativamente simple. De hecho, el diagrama de circuito en la figura (IV) anterior destaca principalmente la comparación simplificada entre el circuito de potencia y el circuito de accionamiento. Si los resultados aún más simplificados del circuito que utiliza la fuente de alimentación auxiliar y la toma de corriente correspondiente a IPM también se presentan en la figura (IV), la diferencia de simplificación del circuito será mayor.
En los criterios de diseño de componentes tradicionales, la reducción de la inductancia de fuga de la conexión entre líneas y la reducción del bucle entre IGBT y el IC de accionamiento tanto como sea posible para obtener un menor estrés de conmutación e interferencia de línea siempre ha sido la dirección de los diseñadores de sistemas. Sin embargo, tomando el diagrama esquemático en la figura (5) como ejemplo, la conexión del colector y emisor del IGBT tiene efectos de inductancia parásita de diferentes tamaños. Para reducir estos efectos, el camino entre los paquetes tradicionales debe ser corto y grueso. Por lo tanto, es necesario utilizar PCB de múltiples capas o aumentar el área del PCB para cumplir con tales requisitos, IPM puede resolver bien estos efectos parásitos a nivel de paquete. La razón es que no importa qué tan cerca esté el IC de accionamiento del interruptor de potencia (IGBT o MOSFET de potencia) mediante el diseño del PCB, no estará más cerca que colocarlo directamente al lado del interruptor de potencia en forma de cristal desnudo. Del mismo modo, si cada interruptor de potencia está conectado directamente en el marco de alambre mediante wire bonding, será mucho más pequeño que la conexión a través del pin del componente tradicional en sí y luego a través del cobre en el PCB.
La característica mencionada en el quinto ítem es que IPM puede resolver directamente el problema de control de ensamblaje anormal que desconcierta al diseñador del sistema a nivel de oblea.
Los fabricantes japoneses suelen adoptar una actitud estricta hacia el ensamblaje del sistema. La práctica consiste en medir las características de cada cristal de potencia antes del ensamblaje en línea. Durante la producción y el ensamblaje, los componentes con características similares deben ensamblarse en el mismo PCB para reducir los posibles problemas causados por la desviación de los parámetros de los componentes en el sistema durante la producción en masa. Por ejemplo, si el retardo de apagado y el tiempo de apagado del brazo superior están en línea con la especificación, pero cerca del límite superior de la especificación, mientras que las características de encendido del brazo superior son justo lo contrario, si se agrega el efecto no lineal causado por el aumento de la temperatura de funcionamiento, la posibilidad de que los brazos superior e inferior se conecten al mismo tiempo durante el cambio aumentará considerablemente, lo que resultará en un consumo adicional de energía. Además, la base de diseño original del disipador de calor se basaba en la suposición de que el valor calórico de cada cristal era equivalente, pero si la anterior suposición también ocurriera en el parámetro V (CE), la distribución desigual del calor podría causar aún más una fuga térmica y llevar a una falla del sistema. Pero en este caso, debido a la excepción de coincidencia
Los problemas potenciales causados son ignorados por los diseñadores o negados por la gerencia debido al impacto en los beneficios y costos. Incluso si existe tal concepto, el diseñador solo puede usar un margen de diseño más alto para superarlo, como aumentar el tiempo muerto y aumentar el área del disipador de calor para obtener una temperatura de operación más baja, etc., pero el pago relativamente necesario es reducir el rendimiento del sistema y aumentar el costo del material. De hecho, después de que se prueba cada oblea, habría un diagrama de distribución característica de cada cristal en bruto, pero la información de esta característica de distribución desaparecerá a medida que cada cristal en bruto en la oblea se empaqueta en forma de to220 o to247, al igual que el CI de alta tensión utilizado para impulsar el cristal de potencia. El proceso de fabricación de IPM comienza desde toda la oblea, por lo que puede garantizar la simetría y coincidencia de las características de cristal trifásico en el mismo módulo en la etapa de unión de dados utilizando el método de que las características de los cristales en bruto adyacentes son las más cercanas. Utilizando un pensamiento de proceso diferente, podemos resolver fácilmente este difícil problema en el diseño tradicional.
El resultado del sexto elemento proviene de la mejora del cuarto elemento. La puntualidad de la protección proviene de la diferencia de nivel de nosotros o incluso ns. Evitar el mal funcionamiento del sistema y acelerar la puntualidad de la protección a menudo son un dilema para los diseñadores de sistemas. Por lo tanto, la reducción de la inductancia de fuga no solo puede reducir el retraso de transmisión de la señal anormal en sí misma, sino también reducir la constante de la línea del filtro, para mejorar la velocidad de respuesta del IC a la señal anormal. De esta manera, también se puede reducir la tasa de fallas causadas por la falla de la señal de protección anormal a tiempo.
Confiabilidad
(1) Reducir significativamente la posible falla del personal de producción causada por el proceso de ensamblaje complejo
(2) Proporcionar una estructura más robusta que el empaque tradicional
(3) Todo el sistema tendrá una tasa de falla más baja
La mejora del primer elemento es muy significativa. El método de ensamblaje de los componentes tradicionales no solo es complejo, sino que también se repite muchas veces, por lo que se producen algunas anomalías de alineación, falta de bloqueo de la tuerca de aislamiento, grieta oscura del cristal interno, daño de la lámina aislante. Es difícil prevenir problemas. Además, es posible que estos problemas potenciales no se detecten de manera efectiva. Por lo tanto, si los componentes semiconductores deben conectarse en paralelo debido a la relación nominal, el número de cristales puede cambiar de seis a doce o más, y la probabilidad de fallas potenciales causadas por el ensamblaje es mayor. La figura (6) muestra la explicación anterior de manera más clara mediante ilustraciones.
En general, la tensión de vibración de los componentes distribuidos es fácil de extender al cristal interno a través del pasador, ya sea al bloquear el tornillo o doblar el pie o incluso cuando el producto terminado se transporta. La tensión mecánica soportada por los cristales desnudos proviene en su mayoría de la tensión causada por los cambios térmicos en el chip interno o el entorno operativo del paquete. Por lo tanto, ya sea directamente en la etapa de ensamblaje o indirectamente debido a la tensión causada por el choque térmico, IPM proporciona una solución estructural más robusta que los componentes separados originales.
El tercer argumento se basa en el hecho de que si la tasa de fallo de IPM es equivalente a la de los componentes tradicionales, es necesario utilizar 20 o 30 componentes para lograr un modo funcional equivalente. La posible tasa de fallo de todo el sistema es naturalmente mucho mayor que la de solo un componente. Sin embargo, si la base de este mérito es válida o no, implica una amplia gama de aspectos. Quizás en el futuro se pueda establecer un tema especial para su discusión.
Costo total
(1) Reducción del costo de calidad debido a una mayor confiabilidad
(2) Reducir en gran medida el tiempo de desarrollo del producto para los diseñadores
(3) Reducir el costo de la perforación del disipador de calor y la placa PCB
(4) Acortar las horas de trabajo para el ensamblaje y la inspección del personal de producción
No es difícil predecir las ventajas anteriores, pero los resultados cuantitativos deben ser calculados aún más en base a los procedimientos de desarrollo y los costos de calidad de cada empresa. El autor cree que aunque los resultados pueden no respaldar el abandono del esquema maduro tradicional y elegir IPM, tal acción es absolutamente útil para el pensamiento de selección de esquema y diseño del sistema.
Precauciones para seleccionar IPM
Aunque hay muchas ventajas en el uso de IPM como diseño, IPM todavía no es tan fácil de dominar como los componentes separados tradicionales en términos de la madurez de la verificación del mercado y la complejidad de los propios componentes, por lo que se selecciona el módulo IPM
El diseño de bloques debe ser aún muy cuidadoso. La siguiente discusión puede proporcionar algunas referencias para los diseñadores.
Consideraciones orientadas a la cadena de suministro
(1) Capacidad de los proveedores y fabricantes para controlar excepciones en el proceso
(2) ¿Existe una solución alternativa cuando el proveedor está fuera de stock?
(3) Soporte técnico del proveedor y mecanismo general de garantía de calidad de la cadena de suministro para los clientes
(4) Mejora y control de la gestión de la retroalimentación de la aplicación del mercado
Consideración del diseño del módulo
(1) Estructura de empaque
(2) Si el diseño de los componentes internos es razonable
(3) Si el diseño del circuito periférico coincidente es fácil de dominar
(4) Resistencia del IC de conducción y cristal semiconductores de potencia
Debido a limitaciones de espacio, a continuación solo se discuten los puntos clave de las partes relevantes del diseño del módulo.
Estructura de empaque
Características de un buen diseño de paquete de energía
Un buen diseño de paquete de energía debe tener las características de alta resistencia estructural, proceso de fabricación simple, alta capacidad de aislamiento, fácil conducción de calor y baja resistencia térmica.
Ya sea que la resistencia de la estructura sea alta o no determina si la superficie conjunta de la estructura dentro del módulo y el sistema de material son propensos a defectos y fallas bajo condiciones de cambio térmico rápido y vibración mecánica a largo plazo.
El proceso simple muestra que el proceso tiene un buen control sobre la anormalidad, y los defectos potenciales en el proceso pueden detectarse fácilmente.
El requisito de una fácil conducción del calor es que cuando el elemento semiconductor genera instantáneamente un alto consumo de energía (como un cortocircuito o un cambio anormal), el calor puede conducirse al instante, de modo que el elemento semiconductor no cause un efecto de punto caliente, lo que resulta en una quema instantánea.
El propósito de la baja resistencia térmica es exportar el calor después de que el cuerpo calefactor alcance el estado estable de equilibrio térmico, para que no cause acumulación de calor y falla temprana de los componentes.
Diferencias de varias estructuras de empaquetado de energía
Figura 7 Figura 8 figura 9
La figura (7), la figura (8) y la figura (9) son representativas de varias estructuras de empaquetado de IPM típicas en el mercado. A continuación, utilizamos las conclusiones mencionadas anteriormente para verificar las ventajas y desventajas de estas tres estructuras.
La estructura de la figura (7) es que el CI de accionamiento y el semiconductor de potencia se colocan en el bastidor de plomo en el mismo plano, el sustrato cerámico se utiliza directamente como material para el aislamiento y la conducción del calor hacia el disipador de calor, y luego toda la estructura se recubre con el compuesto de moldeo similar al elemento separado de empaque. Esta estructura de empaque puede llamarse simple y de alta resistencia, pero a continuación se describen varias partes a las que hay que prestar atención.
El primero es que aunque el sustrato cerámico es un material altamente aislante, no es un material fácil de conducir calor, y el efecto en dispersar puntos calientes instantáneos será relativamente pobre. Por lo tanto, si el marco conductor que lleva el semiconductor de potencia puede cumplir con el requisito de conducción de calor instantáneo sin formar puntos calientes es un problema que necesita atención especial. Al mismo tiempo, la resistencia térmica del sustrato cerámico con el mismo grosor es mucho mayor que la del aluminio, y ni hablar del cobre. Por lo tanto, la misma temperatura del disipador de calor significa que la temperatura del cristal de potencia dentro del módulo es más alta que la del módulo que utiliza aluminio o cobre. En resumen, el alcance de operación segura del módulo será relativamente reducido. La única forma para que el diseñador crea plenamente que la especificación no es medida por el diseñador.
El segundo es el material y la tecnología utilizados para la superficie de unión del sustrato cerámico, ya que está relacionado con si el uso a largo plazo causará desprendimiento, lo que provocará que la temperatura del semiconductor no se pueda exportar normalmente y luego se queme. El diseñador puede solicitar al proveedor las condiciones de prueba al respecto, y luego contactarse a sí mismo
Comparar con el sistema real. Si no se puede identificar la equivalencia entre el experimento de prueba del proveedor y la operación real del sistema, se recomienda realizar el experimento y confirmarlo por usted mismo.
El tercero es el problema de la fractura del sustrato cerámico y el grosor anormal. En general, cuanto más grueso sea el sustrato cerámico, menos probable será que se agriete. Incluso si se rompe, es difícil que se agriete en un espacio completo, lo que resulta en que el voltaje alto de la terminal de alimentación o señal se filtre directamente al disipador de calor bloqueado en la superficie del módulo. Por lo tanto, este diseño no debería tener muchos problemas en la prueba de las regulaciones de seguridad. Además, aunque la conductividad térmica del sustrato cerámico no es tan buena como la del bloque de cobre o aluminio, será mucho mejor que la del epoxi utilizado en la estructura de la figura (8). Por lo tanto, el grosor anormal de los módulos individuales tiene un impacto bajo en el rendimiento de disipación de calor. Al mismo tiempo, el espacio entre el módulo y el plano del disipador de calor debido a la temperatura no es evidente, lo que resulta en el problema de la mala conductividad térmica.
La estructura en la figura (8) utiliza un bloque de aluminio en lugar de un sustrato cerámico como la vía principal de disipación de calor. Teóricamente, debería tener una mejor conductividad térmica que la estructura en la figura (7). Sin embargo, debe tenerse en cuenta que la estructura en la figura (8) utiliza el proceso de doble moldeo para lograr el alto voltaje dentro del IPM y aislarlo del bloque de aluminio utilizado como conducción de calor. Es decir, el marco conductor después de la implantación de cristal se verterá una vez, y luego se colocará el bloque de aluminio en el producto semiacabado después del primer vertido, y luego se verterá una vez más. Por lo tanto, también hay varios elementos importantes a los que se debe prestar atención.
Lo primero es el control del grosor de la capa adhesiva aislante. Aunque el adhesivo aislante utilizado para el moldeo tiene altas características de aislamiento, la correspondiente conductividad térmica también es muy pobre. Si el error de control de grosor es demasiado grande, la conductividad térmica y la resistencia térmica de cada módulo se verán muy afectadas.
En segundo lugar, la curvatura anormal del bloque de aluminio y la deformación causada por la temperatura generan el problema de espacio en el plano de la cerradura adherida al disipador de calor, lo cual es también un aspecto importante al que se debe prestar atención. La experiencia del autor indica que los diseñadores que utilizan dichos módulos pueden reducir la influencia de esta parte mediante la aplicación de pasta conductora térmica. Sin embargo, el coeficiente de expansión térmica del bloque de aluminio es mucho mayor que el pegamento utilizado para el empaque, y el estrés causado por la deformación del bloque de aluminio con el mismo volumen es mucho mayor que el del sustrato cerámico. El método modificado de la figura (8) consiste en cambiar el bloque de aluminio por un bloque de cobre, pero dividirlo en varios bloques y conectarlo directamente con el marco conductor. Por último, se utiliza coloide moldeado para proporcionar el aislamiento entre el alto voltaje dentro del IPM y el mundo exterior. Este cambio puede mantener el rendimiento de resistencia térmica similar a la estructura de la figura (8), pero le otorga una mejor conductividad térmica instantánea y reduce el estrés causado por la tensión de un bloque de cobre completo en todo el módulo. Debido a que el bloque de cobre no se filtra, el plano de bloqueo entre el módulo y el disipador de calor será más suave, y el problema de deformación causado por el calor mejorará considerablemente. La estructura de la figura (9) consiste en colocar directamente la parte del marco conductor en el conjunto de cristal de potencia, para llevar el IC de conducción y el cristal de potencia.
El marco del conductor forma dos planos diferentes. El propósito de bajar el marco del conductor es hacer que el plano del cristal portador de energía esté muy cerca de la superficie del coloide IPM en contacto con el disipador de calor. Este diseño estructural hace que el marco del conductor pueda ser moldeado y encapsulado directamente sin otros materiales de coincidencia y procesos derivados después de que se complete la plantación de cristales del marco del conductor.
Además del grosor del aislamiento, también es la estructura más económica. Se sugiere que se empareje el disipador de calor del sistema, la temperatura de funcionamiento máxima posible y el voltaje de funcionamiento del sistema real para averiguar el rango limitado del módulo.
¿Es razonable la disposición de los componentes internos?
Compruebe si la disposición de los componentes internos es razonable, incluido si la fuente de calor (la mayoría de las cuales son cristales de potencia) está dispuesta en el marco del conductor para lograr una distribución uniforme del calor, si el retardo de conducción de los cristales de potencia trifásicos es consistente y si el circuito de corriente de los cristales de potencia de los brazos superior e inferior es simétrico.
Vale la pena mencionar que los diseñadores a menudo pueden ver que IPM recomienda en la especificación (como se muestra en la Tabla 1) que el voltaje del enlace CC del sistema no debe exceder los 450V y el voltaje de conmutación no debe exceder los 500V. Esto se debe a que hay una inductancia de fuga equivalente formada por el cableado y el marco del conductor en IPM,
La caída de voltaje puede ser mucho mayor que el voltaje medido en el pin de IPM. Para garantizar que la caída de voltaje a través del cristal interno de potencia no exceda los 600V nominales, se establece un rango límite.
Pero de hecho, es porque la inductancia de fuga del marco del conductor y el cableado es de aproximadamente 10-20nh, y la tasa de cambio de corriente del interruptor IPM rara vez supera los 400A / us (generalmente entre 200A / us-300a / US). De esta manera, la diferencia de voltaje entre el voltaje del pin y el IGBT interno debido a la mutación de voltaje debería ser inferior a 10V, y los resultados de medición reales son los mismos. Además, casi todos los IGBT con una calificación de 600V tienen un margen de más de 100V. En resumen, es poco probable que el voltaje final del IGBT dentro del IPM exceda su rango límite y luego colapse debido al cambio. Cabe señalar que, para reservar aún más el área donde el consumo de energía de IPM durante el cambio no puede exceder la operación segura, porque la posibilidad de exceder el límite de potencia es mucho mayor que la de exceder el límite de voltaje. Sin embargo, se puede esperar que cuanto mayor sea el margen de diseño, menor será la tasa de fallas de la aplicación de campo. Cuando es difícil estimar la corriente instantánea, es un criterio de diseño necesario reducir el voltaje a través de p-n.
De hecho, la relación entre la definición y la medición del área de operación segura del cristal de potencia y su tasa de aplicación y falla no es solo un tema patentado de IPM, sino también un tema profundo y amplio en el empaquetado separado maduro. Tal vez otro artículo especial pueda ser discutido la próxima vez.
¿Es fácil dominar el diseño de las líneas de coincidencia periféricas?
La mayoría de los diseños de circuitos periféricos IPM tienen poca diferencia. A grandes rasgos, se completa siempre y cuando las tres fuentes de alimentación flotantes y las resistencias de protección contra cortocircuitos del brazo superior del puente se coloquen con los componentes correctos según el diseño de referencia, como se muestra en la figura (11), y luego se cuelguen las señales de conducción de los seis brazos del puente. Sin embargo, no necesariamente cada módulo es tan fácil de diseñar como dice el manual de referencia. De hecho, la base de juicio de esta parte debe determinarse por los componentes semiconductores seleccionados por el módulo y las condiciones de aplicación del sistema. En particular, debe tenerse en cuenta que es necesario prevenir los problemas que puedan derivarse del IC de accionamiento especial seleccionado por IPM. La discusión de esta parte se describe detalladamente en la referencia [2].
Además, vale la pena mencionar si la lógica de conducción es una lógica de conducción positiva o negativa es más confiable. El autor conoció a un director de diseño bastante experimentado, que creía en la afirmación de los principales fabricantes japoneses y creía que la lógica de conducción positiva sería mucho más confiable que la lógica de conducción negativa. De hecho, la lógica negativa tiene una alta robustez
Cuando la fuente de alimentación de IPM es anormal, el interruptor se puede apagar de manera segura. Los dos modos de conducción tienen sus propias ventajas y desventajas. Es imposible decir cuál es más confiable.
Haciendo referencia a la figura (XII), cuando el nivel de ruido excede el nivel de conducción reconocido por IPM, el mecanismo de lógica negativa es apagar el IGBT, pero la lógica positiva es encender el IGBT. En general, los estados de conmutación de los brazos superior e inferior son en su mayoría complementarios. Por lo tanto, para el IPM impulsado por lógica negativa, apagar el IGBT que debería haber estado encendido durante varios microsegundos como máximo solo reduce la utilización de voltaje, pero para el IPM impulsado por lógica positiva, existe el peligro de conducir hacia arriba y hacia abajo al mismo tiempo, lo que resulta en un disparo del brazo. Además, para el diseño de accionamiento directo, aunque el accionamiento de lógica negativa necesita estar equipado con una resistencia de pull-up, la capacidad de fan-out de MCU generalmente es más débil que la capacidad de sink, que es aproximadamente de 1/5 a 1/10. Por lo tanto, el riesgo de conducción de lógica positiva ocurrirá cuando el puerto de salida de MCU requiera una corriente de salida alta, y el nivel de conducción puede ser activado
Sin embargo, cuando la lógica negativa del controlador produce un nivel alto, el puerto del controlador está en alta impedancia y la corriente del controlador es suministrada por la fuente de alimentación de la resistencia de pull-up, por lo que no habrá problema de control de lógica positiva.
Alta fiabilidad del CI de accionamiento y del semiconductor de potencia
Aunque el IPM proporciona muchas ventajas que los componentes tradicionales no pueden tener al cambiar el tipo de empaque, se debe tener en cuenta que no cambia la función y las características de la esencia del semiconductor. Por lo tanto, si el CI de accionamiento y el cristal semiconductor de potencia seleccionados tienen limitaciones y defectos de aplicación, el IPM
Estas limitaciones y defectos están destinados a existir. Por ejemplo: si se selecciona el IPM del fabricante a
El interruptor de potencia es IGBT con tecnología de no penetración (NPT), mientras que el fabricante B selecciona IGBT con tecnología de penetración (PT), las características de los dos IPMS serán diferentes. La tecnología de trinchera, recientemente popular, también es una tecnología derivada del tipo de penetración. Aunque mejora en gran medida la desventaja de la velocidad de conmutación lenta del IGBT tradicional de tipo de penetración, también tiene características de capacidad de soportar corriente de cortocircuito débil y parámetros sensibles a los cambios de temperatura. El CI de accionamiento utilizado es el mismo. Por lo tanto, si podemos comprender completamente el rango limitado del semiconductor seleccionado para IPM para el cambio de temperatura, di / DT, DV / dt y presión negativa instantánea, para seleccionar el IPM adecuado para los requisitos de la aplicación del sistema, entonces el diseño ha tenido más de la mitad de éxito.
En lo que respecta a la experiencia del propio autor, la verificación ambiental mixta puede detectar fácilmente los defectos del diseño del sistema porque tiene la combinación de estrés de temperatura, vibración, voltaje y corriente, pero causará grandes problemas para analizar las causas de la falla. Si el diseñador ha sido muy claro sobre el impacto de las diferentes características de los componentes en el sistema en el esquema de diseño de componentes separados, se sugiere que el proveedor proporcione las características de especificación, verificación de confiabilidad y experiencia de aplicación en el mercado de semiconductores seleccionados en IPM en componentes de empaque tradicionales, lo que se cree que será de gran ayuda para verificar la confiabilidad de IPM y las causas de la falla de separación.
conclusión
Aunque IPM proporciona controlador de motor trifásico o sistema de suministro de energía ininterrumpible de topología de tres brazos, es una solución para simplificar el diseño del sistema y mejorar la densidad de potencia. Sin embargo, debido a sus especificaciones de empaquetado y métodos de fabricación únicos, parece que todavía es difícil competir con los componentes de empaquetado separado estandarizados y producidos en masa en términos del costo de un solo componente. Sin embargo, bajo la ley de hierro de que el costo de cualquier tecnología emergente está destinado a resolverse con el tiempo, la tendencia del empaquetado integrado de potencia reemplazando el empaquetado tradicional no se evitará. Además de explicar claramente las diferencias en rendimiento, confiabilidad y costo total causadas por el uso de IPM como diseño del sistema; También combinado
El pensamiento de los diseñadores de módulos y los diseñadores de sistemas proporciona a los lectores diferentes niveles de direcciones de pensamiento al comprender y seleccionar el IPM. Al mismo tiempo, algunas ideas especiosas se aclaran aún más en el artículo. Se espera que los lectores interesados en usar o que hayan usado IPM mejoren su comprensión de tales componentes
U Referencias:
1.Dai zhizhan, "Introducción al empaque y aplicación de módulos de potencia inteligente", red de aprendizaje de tecnología de motores, No. 94, septiembre de 2004
2.Dai zhizhan, "diseño de CI de accionamiento especial para circuito de medio / puente completo", red de aprendizaje de tecnología de motores, número 184, junio de 2006
3."Electrónica de potencia: convertidores, aplicaciones y diseño", Mohan, Undeland y Robbins, Wiley, 1989
4."Dispositivos semiconductores de potencia para accionamiento de frecuencia variable", b.jayant Baliga, 1994
5. T. Fukami, H. Senda, T. Onishi, t. Kushida, T. Shoji, M. ishiko, "propuesta de tecnología de detección para la falla del área de operación segura polarizada inversa por conmutación inductiva sin sujetar", actas de IEEE, pp. 2053-2059, 2005 6Nota de aplicación de Fairchild 9016, K.S. Oh, febrero de 2001
7. "Módulo de potencia para control de electrodomésticos" Revista de aplicaciones IEEE, PP 26-34, julio de 2002
8.Tecnología Qiankun, "seminario técnico sobre módulo de suministro de energía inteligente para accionamiento de motor de alta potencia", marzo de 2005
9.Daizhizhan, "un nuevo amplificador de potencia de conmutación para sistema de levitación magnética de alta eficiencia", tesis de maestría, Instituto de Ingeniería Eléctrica, Universidad Tsinghua, junio de 1995
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