用于簡(jiǎn)易變頻器設(shè)計(jì)的新型扁平輸入整流器

用于變頻器設(shè)計(jì)的新型的輸入整流器為電力電子學(xué)帶來了一個(gè)全新的理念，并且具有如下優(yōu)點(diǎn)：降低了整體損耗、簡(jiǎn)化制冷設(shè)計(jì)、減小了模塊的體積和重量。在IGBT和輸入整流器之間可以實(shí)現(xiàn)直接的無線連接。

SEMiX®輸入整流器為功率模塊的緊湊式布局奠定了基礎(chǔ)，它也為電力電子系統(tǒng)的發(fā)展樹立了一個(gè)新的標(biāo)準(zhǔn)。這種布局為簡(jiǎn)易變頻器設(shè)計(jì)提供了分離的輸入、輸出端子。因?yàn)檫@種新型輸入整流器的進(jìn)步，在電流大于150A以上的應(yīng)用中，二極管模塊或晶閘管模塊首次和IGBT模塊可以具有相同的封裝，這便使新型低成本變頻器的設(shè)計(jì)成為可能。在IGBT和輸入整流器之間的母排可以直接連接。這意味著在同樣的安裝高度下就可以安裝所有的功率器件及其相關(guān)的驅(qū)動(dòng)電路。如果IGBT驅(qū)動(dòng)電路安裝在IGBT模塊的頂部，則整個(gè)模塊的高度可以大大的降低（圖1）。

直流環(huán)節(jié)電容無須通過吸收電容而直接連接，低的直流環(huán)節(jié)電感能夠減小系統(tǒng)的過電壓。在現(xiàn)代系統(tǒng)中，電磁兼容保護(hù)措施是一個(gè)重要的提升成本的因素，最有效的方法就是使用智能化的變換器設(shè)計(jì)方法將電磁兼容問題消除在它產(chǎn)生的階段。

SEMiX®模塊闡明了賽米控的奮斗目標(biāo)：在現(xiàn)有應(yīng)用的基礎(chǔ)上來降低總的損耗并且降低系統(tǒng)的成本。由于現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)的進(jìn)步，模塊級(jí)的系統(tǒng)損耗已經(jīng)降到了最低。因此我們成功的關(guān)鍵在于降低器件的開關(guān)損耗和線路損耗。低功耗自身就意味著系統(tǒng)具有更高的效率、節(jié)省能量、簡(jiǎn)單的制冷系統(tǒng)、更緊湊的模塊設(shè)計(jì)、更小的體積和更輕的重量，自然也意味著更低的成本。為了降低今后變頻器的生產(chǎn)成本，必須在電力電子工程學(xué)中優(yōu)化現(xiàn)代電力電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以滿足未來低成本的需求。

螺孔端子位于模塊頂部的標(biāo)準(zhǔn)輸入模塊已經(jīng)存在大約30年了。從事電氣傳動(dòng)變頻器設(shè)計(jì)的工程師正日益面臨這樣一個(gè)問題：即以標(biāo)準(zhǔn)模塊為基礎(chǔ)來設(shè)計(jì)雜散電感很小的緊湊的低電感變頻器系統(tǒng)。在IGBT模塊領(lǐng)域，電流從100A到900A，端子高度為17mm的扁平化模塊已經(jīng)成為了新的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。

賽米控的新型整流器在如下幾個(gè)方面滿足了系統(tǒng)開發(fā)者的要求：
用戶友好的正/負(fù)端子；
用戶友好的交流端子；
模塊高度和最新一代IGBT的模塊的高度相同。

二極管和晶閘管模塊的歷史可追溯到上個(gè)世紀(jì)70年代，那時(shí)模塊中的熱流和電流是分離的。主端子和模塊散熱側(cè)之間的電氣絕緣允許不同的模塊安裝在同一個(gè)散熱器上，并且不同的元器件可以封裝在一個(gè)模塊中。根據(jù)功率等級(jí)的不同，現(xiàn)在通常將整流橋或串聯(lián)的兩個(gè)晶閘管或二極管集成在一個(gè)模塊里。這就是半橋——是所有橋式整流器和反并聯(lián)連接的標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)，也是世界范圍內(nèi)使用最廣泛的變換器的連接方法之一。1975年賽米控首次推出了SEMiPACK 產(chǎn)品，這是世界上的第一個(gè)絕緣的功率模塊，從此在功率模塊的封裝領(lǐng)域就確立了它的標(biāo)準(zhǔn)地位。

SEMiX® 設(shè)計(jì)理念已經(jīng)擴(kuò)展到二極管和晶閘管模塊
新型的輸入整流器模塊使用和IGBT模塊同樣的安裝和連接技術(shù)。由于賽米控創(chuàng)新型的解決方案，市場(chǎng)對(duì)端子高度為17mm的扁平輸入整流器的需求現(xiàn)在得到了滿足。事實(shí)上正是這種新產(chǎn)品的出現(xiàn)，電力電子業(yè)界現(xiàn)在才能夠?yàn)殡娏﹄娮酉到y(tǒng)提供有吸引力的整體解決方案。
新型輸入整流橋產(chǎn)品系列有6種封裝尺寸即1,2，3，4，33和13。2和13可用于整流橋模塊。

模塊的底部是3mm厚的銅底板。氧化鋁陶瓷基板用作電氣絕緣層。雙極型芯片被焊接到DCB上。
賽米控生產(chǎn)的晶閘管和二極管芯片表面經(jīng)過玻璃鈍化處理。賽米控在過去的三十多年來一直在開發(fā)和生產(chǎn)晶閘管和二極管芯片，她在這一領(lǐng)域積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，芯片通過金屬線連接。模塊內(nèi)部設(shè)計(jì)經(jīng)過優(yōu)化能夠保證大的浪涌電流，這在晶閘管和二極管中是必須的。正如IGBT模塊中的連接方式一樣，用彈簧來實(shí)現(xiàn)陰極與門極的輔助連接，這種方法使得連接的路徑很短。驅(qū)動(dòng)板可以直接安裝在整流器的頂部或用快速接頭和金屬線來連接。和IGBT模塊相似，在此處使用的無焊連接工藝允許變頻器的功率電路和驅(qū)動(dòng)電路在生產(chǎn)過程的任何階段進(jìn)行裝配，而且這種無焊連接如果出于測(cè)試和維修的目的也能夠輕易地被拆開。對(duì)于中大功率變頻器輸入側(cè)而言，電流達(dá)到400A的整流橋已經(jīng)出現(xiàn)了一種新型連接模式。其額定功率等級(jí)的劃分和SEMIPACK® 系列類似，屬于業(yè)界認(rèn)同的標(biāo)準(zhǔn)。
SEMiX® 13是一個(gè)三相整流橋模塊。這意味著不需要額外的外部電路，當(dāng)然也節(jié)省了組裝時(shí)所需要的材料，而且在一部分應(yīng)用中，直流環(huán)節(jié)連接到正負(fù)端子的銅排也節(jié)省了。此外，如果在模塊的頂部用一塊板來實(shí)現(xiàn)功率部分的連接，則連接板的尺寸也可以減小。由于模塊的緊湊化設(shè)計(jì)，模塊的表面積減少了30%：和三對(duì)模塊總安裝面積為93mm*80mm（模塊安裝間距為10mm）相比，一個(gè)SEMiX® 13的安裝面積僅為110mm*50mm。

為連接功率器件及散熱器所需的螺釘也大大減少了：SEMiX 13僅需要9個(gè)螺釘，而三個(gè)模塊卻需要15個(gè)螺釘。這便大大減少了安裝模塊所需要的工時(shí)。
這種類型的橋式整流器被用作變頻器的輸入整流橋。

在如下的應(yīng)用領(lǐng)域也可使用其他的橋式整流拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：
·電氣設(shè)備的輸入整流器，如電池充電器和電源
·直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的整流橋（為驅(qū)動(dòng)或電樞電路供電）
直流環(huán)節(jié)電容按照可控或不控的方式進(jìn)行預(yù)充電。在可控預(yù)充電方式下，充電電流（輸入浪涌電流）是受到限制。SEMiX®橋式整流器有B6HK和 B2HK兩種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

完整的功率電子系統(tǒng)

新型輸入橋式整流器的發(fā)展為功率變換電路帶來了全新的理念，并具有如下的優(yōu)點(diǎn)：整體能耗的降低、簡(jiǎn)化的散熱系統(tǒng)、模塊體積和重量的減小。這種通用的設(shè)計(jì)技術(shù)能夠被用于輸入電路和逆變器中。事實(shí)上功率電子系統(tǒng)現(xiàn)在有最好的基礎(chǔ)來降低新一代變頻器的生產(chǎn)成本。

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