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用于簡易變頻器設計的新型扁平輸入整流器

用于變頻器設計的新型的輸入整流器為電力電子學帶來了一個全新的理念,并且具有如下優點:降低了整體損耗、簡化制冷設計、減小了模塊的體積和重量。在IGBT和輸入整流器之間可以實現直接的無線連接。
SEMiX?輸入整流器為功率模塊的緊湊式布局奠定了基礎,它也為電力電子系統的發展樹立了一個新的標準。這種布局為簡易東元變頻器設計提供了分離的輸入、輸出端子。因為這種新型輸入整流器的進步,在電流大于150A以上的應用中,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計成為可能。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的驅動電路。如果IGBT驅動電路安裝在IGBT模塊的頂部,則整個模塊的高度可以大大的降低(圖1)。

直流環節電容無須通過吸收電容而直接連接,低的直流環節電感能夠減小系統的過電壓。在現代系統中,電磁兼容保護措施是一個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計方法將電磁兼容問題消除在它產生的階段。
SEMiX?模塊闡明了賽米控的奮斗目標:在現有應用的基礎上來降低總的損耗并且降低系統的成本。由于現代設計技術的進步,模塊級的系統損耗已經降到了最低。因此我們成功的關鍵在于降低器件的開關損耗和線路損耗。低功耗自身就意味著系統具有更高的效率、節省能量、簡單的制冷系統、更緊湊的模塊設計、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成本,必須在電力電子工程學中優化現代電力電子系統的設計以滿足未來低成本的需求。

螺孔端子位于模塊頂部的標準輸入模塊已經存在大約30年了。從事電氣傳動變頻器設計的工程師正日益面臨這樣一個問題:即以標準模塊為基礎來設計雜散電感很小的緊湊的低電感變頻器系統。在IGBT模塊領域,電流從100A到900A,端子高度為17mm的扁平化模塊已經成為了新的產品標準。

賽米控的新型東元伺服馬達在如下幾個方面滿足了系統開發者的要求:
用戶友好的正/負端子;
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世紀70年代,那時模塊中的熱流和電流是分離的。主端子和模塊散熱側之間的電氣絕緣允許不同的模塊安裝在同一個散熱器上,并且不同的元器件可以封裝在一個模塊中。根據功率等級的不同,現在通常將整流橋或串聯的兩個晶閘管或二極管集成在一個模塊里。這就是半橋——是所有橋式整流器和反并聯連接的標準基礎,也是世界范圍內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 產品,這是世界上的第一個絕緣的功率模塊,從此在功率模塊的封裝領域就確立了它的標準地位。

SEMiX? 設計理念已經擴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。由于賽米控創新型的解決方案,市場對端子高度為17mm的扁平輸入整流器的需求現在得到了滿足。事實上正是這種新產品的出現,電力電子業界現在才能夠為電力電子系統提供有吸引力的整體解決方案。
新型輸入整流橋產品系列有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。
賽米控生產的晶閘管和二極管芯片表面經過玻璃鈍化處理。賽米控在過去的三十多年來一直在開發和生產晶閘管和二極管芯片,她在這一領域積累了豐富的經驗,芯片通過金屬線連接。模塊內部設計經過優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,用彈簧來實現陰極與門極的輔助連接,這種方法使得連接的路徑很短。驅動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動電路在生產過程的任何階段進行裝配,而且這種無焊連接如果出于測試和維修的目的也能夠輕易地被拆開。對于中大功率變頻器輸入側而言,電流達到400A的整流橋已經出現了一種新型連接模式。其額定功率等級的劃分和SEMIPACK? 系列類似,屬于業界認同的標準。
SEMiX? 13是一個三相整流橋模塊。這意味著不需要額外的外部電路,當然也節省了組裝時所需要的材料,而且在一部分應用中,直流環節連接到正負端子的銅排也節省了。此外,如果在模塊的頂部用一塊板來實現功率部分的連接,則連接板的尺寸也可以減小。由于模塊的緊湊化設計,模塊的表面積減少了30%:和三對模塊總安裝面積為93mm*80mm(模塊安裝間距為10mm)相比,一個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個螺釘,而三個模塊卻需要15個螺釘。這便大大減少了安裝模塊所需要的工時。
這種類型的橋式整流器被用作變頻器的輸入整流橋。

在如下的應用領域也可使用其他的橋式整流拓撲結構:
·電氣設備的輸入整流器,如電池充電器和電源
·直流電機驅動器的整流橋(為驅動或電樞電路供電)
直流環節電容按照可控或不控的方式進行預充電。在可控預充電方式下,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兩種拓撲結構。
完整的功率電子系統

新型輸入橋式整流器的發展為功率變換電路帶來了全新的理念,并具有如下的優點:整體能耗的降低、簡化的散熱系統、模塊體積和重量的減小。這種通用的設計技術能夠被用于輸入電路和逆變器中。事實上功率電子系統現在有最好的基礎來降低新一代變頻器的生產成本。
賽米控網上銷售平臺 --珠海新多力電子有限公司

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