變速驅(qū)動器 (VSD) 可以非常有效地改變電機(jī)扭矩和速度，廣泛用于重載應(yīng)用，如電機(jī)驅(qū)動、伺服和加熱、通風(fēng)和空調(diào) (HVAC)。在采用 VSD 之前，交流輸出電源只能在電網(wǎng)電源的線頻率下施加，在不需要全速時(shí)通常使用機(jī)械制動。因此，根據(jù)需求調(diào)節(jié)速度不僅可以減少能源使用量，還可以延長電機(jī)的工作壽命。有利于實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的最常見設(shè)備形式之一是轉(zhuǎn)換器-逆變器-制動 (CIB) 模塊。圖 1 顯示了 CIB 模塊的基本輪廓。模塊電路分為三部分；轉(zhuǎn)換器、逆變器和制動器。這些部分的首字母 – C、I 和 B – 是人們所知的方式。在正常運(yùn)行期間，轉(zhuǎn)換器級的輸入（圖 1 中的 R/S/T）從電網(wǎng)汲取三相電源并將交流電源調(diào)節(jié)為直流電源。

有兩種常用的三相電壓；240V級和400V級；根據(jù)電壓幅度，建議使用 650V 級 CIB 模塊或 1200V 級 CIB 模塊。在轉(zhuǎn)換器級之后，將立即將一個(gè)電容器連接到直流總線，以平滑由動態(tài)功率使用引起的逆變器電壓紋波。然后逆變器級將直流輸入斬波為交流輸出，為電機(jī)供電。這是通過打開和關(guān)閉模塊這部分中的 6-IGBT 來實(shí)現(xiàn)的。輸出電壓/電流通過脈寬調(diào)制控制；該信號被構(gòu)造為產(chǎn)生以所需速度和方向驅(qū)動電機(jī)所需的功率。當(dāng)安森美半導(dǎo)體? 定義 TMPIM 電源模塊的安培額定值時(shí)，電流是指逆變器部分中的 IGBT 額定值。作為指導(dǎo)方針，1200V 25A TMPIM CIB 模塊將提供 5kW 電機(jī)功率；35A TMPIM 將提供 7.5kW；50A 提供 10kW，最高 15kW 和 20kW。需要注意的是，千瓦輸出額定功率是作為一般規(guī)則提供的。如果應(yīng)用程序使用不同的控制和冷卻設(shè)置，則此額定功率可能會有很大差異。

因此，最大輸出功率由電源模塊設(shè)計(jì)以及模塊的控制和冷卻方式?jīng)Q定。安森美半導(dǎo)體運(yùn)動控制在線仿真工具有助于選擇最合適的模塊。當(dāng)電機(jī)停止和減速時(shí)，其運(yùn)行切換到再生模式。電機(jī)產(chǎn)生的功率被轉(zhuǎn)移回直流母線電容器。當(dāng)產(chǎn)生的功率變得過大時(shí)，它會過度充電并損壞電容器。在這種情況下，制動 IGBT 開啟，將多余的電流引導(dǎo)至與 IGBT 串聯(lián)的外部制動電阻器。這種安排消散了過多的再生能量并將電容器電壓保持在安全水平。

在具有風(fēng)扇、泵和加熱器驅(qū)動器的應(yīng)用中，在再生功率不顯著的情況下，可以移除制動器。在這種情況下，該模塊稱為 CI 模塊，代表變流器逆變器模塊。

圖 1：Converter-Inverter-Brake (CIB) 模塊的基本配置

電源集成模塊的創(chuàng)新封裝

一般的 CIB/CI 模塊使用凝膠填充包裝，將電源組件封裝在外殼內(nèi)。這種方法涉及多階段制造過程，但也許更重要的是，它固有地結(jié)合了額外的非均質(zhì)材料層和界面，這會削弱模塊并降低其堅(jiān)固性。安森美半導(dǎo)體通過開發(fā)轉(zhuǎn)移成型功率集成模塊 (TMPIM) 挑戰(zhàn)了這一規(guī)范。顧名思義，所開發(fā)的工藝是一種單階段封裝技術(shù)，它使用相同的材料創(chuàng)建封裝和圍繞組件的介質(zhì)。

傳遞模塑工藝消除了對多種材料的需求，包括通常用于容納組件的塑料盒、膠水和圍繞功率器件的密封劑。作為一種整體更高效的制造工藝，傳遞模塑技術(shù)的溫度循環(huán)性能提高了十倍，這直接導(dǎo)致了效率的提高。這為最終產(chǎn)品的尺寸和形狀提供了更大的靈活性，并提供了更高的可靠性和更高的功率密度。

迄今為止，安森美半導(dǎo)體已采用其 TMPIM 工藝開發(fā)和發(fā)布了許多針對功率要求在 3.75 kW 至 10 kW 之間的應(yīng)用的模塊，包括六個(gè)具有 25 A、35 A 和 50 A 額定電流的 1200 V CIB 模塊。這些器件采用 DIP-26 封裝外形，包括 CBI 和 CI 變體?，F(xiàn)在，安森美半導(dǎo)體將通過 1200 V CBI 模塊擴(kuò)展其產(chǎn)品范圍，這些模塊可提供 75 A 和 100 A 的電流輸出，并推出一系列額定值介于 35 A 和 150 A 之間的 650 V 模塊。這些設(shè)備將能夠涵蓋功率要求高達(dá) 20kW 的應(yīng)用，并提供 QLP 封裝配置文件。DIP-26 封裝在兩側(cè)都有端子，而 QLP 是四邊形引線框架封裝，在所有四個(gè)側(cè)都有端子。

封裝增強(qiáng)提供更高的功率密度

為了適應(yīng)更高的輸出功率水平，安森美半導(dǎo)體進(jìn)一步開發(fā)了其 TMPIM 工藝，產(chǎn)生了標(biāo)準(zhǔn)和增強(qiáng)版本。增強(qiáng)版采用帶有更厚銅層的高級基板，無需基板，從而使兩種封裝變體的外部尺寸保持相同。這使得制造商可以更輕松地根據(jù)他們的電力需求在兩者之間進(jìn)行遷移。與同類模塊相比，移除底板可使模塊體積減少約 57%，同時(shí)與標(biāo)準(zhǔn) TMPIM 封裝相比，熱導(dǎo)率增加 30%。

圖 2：安森美半導(dǎo)體的標(biāo)準(zhǔn)和增強(qiáng)型 TMPIM 封裝

更長的使用壽命

通過增加所用銅的厚度，封裝具有低熱阻和高熱質(zhì)量，而先進(jìn)的基板進(jìn)一步提高了模塊的可靠性。

如前所述，整個(gè)組件，包括芯片、引線框架和鍵合線，都封裝在與形成封裝相同的環(huán)氧樹脂中。在 DIP-26 封裝中，CBI 和 CI 模塊共享相同的引腳；在 CI 模塊中，制動端子沒有內(nèi)部連接。

安森美半導(dǎo)體自己的競爭對手分析表明，使用其傳遞模塑工藝制造的模塊提供十倍的溫度循環(huán)和三倍的功率循環(huán)改進(jìn)，同時(shí)表現(xiàn)出更好的導(dǎo)熱性和整體效率。

結(jié)論

CIB 或 CI 電路中的電源模塊通常用于電機(jī)驅(qū)動、伺服和 HVAC 應(yīng)用中的 VSD。隨著通過創(chuàng)新 TMPIM 技術(shù)開發(fā)功率集成模塊，安森美半導(dǎo)體現(xiàn)在能夠以更小的封裝提供更高的效率和更大的功率密度。

審核編輯：郭婷