三相超快恢復(fù)二極管整流橋開關(guān)模塊

三相超快恢復(fù)二極管整流橋開關(guān)模塊

模塊化結(jié)構(gòu)提高了產(chǎn)品的密集性、安全性和可靠性，同時(shí)也可降低裝置的生產(chǎn)成本，縮短新產(chǎn)品進(jìn)入市場的周期，提高企業(yè)的市場競爭力。由于電路的聯(lián)線已在模塊內(nèi)部完成，因此，縮短了元器件之間的連線，可實(shí)現(xiàn)優(yōu)化布線和對稱性結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，使裝置線路的寄生電感和電容參數(shù)大大降低，有利于實(shí)現(xiàn)裝置的高頻化。此外，模塊化結(jié)構(gòu)與同容量分立器件結(jié)構(gòu)相比，還具有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、外接線簡單、便于維護(hù)和安裝等優(yōu)點(diǎn)，因而大大縮小了裝置的何種，降低裝置的重量和成本，且模塊的主電極端子、控制端子和輔助端子與銅底板之間具有2．5kV以上有效值的絕緣耐壓，使之能與裝置內(nèi)各種模塊共同安裝在一個(gè)接地的散熱器上，有利于裝置體積的進(jìn)一步縮小，簡化裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

1 模塊的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

1)銅基導(dǎo)熱底板：其功能為陶瓷覆銅板(DBC基板)提供聯(lián)結(jié)支撐和導(dǎo)熱通道，并作為整個(gè)模塊的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。因此，它必須具有高導(dǎo)熱性和易焊性。由于它要與DBC基板進(jìn)行高溫焊接，又因它們之間熱線性膨脹系數(shù)(銅為16．7×10-6／℃，DBC約不5．6×10-6／℃)相差較大，為此，除需采用摻磷、鎂的銅銀合金外，并在焊接前對銅底板要進(jìn)行一定弧度的預(yù)彎，這種存在s一定弧度的焊成品，能在模塊裝置到散熱器上時(shí)，使它們之間有充分的接觸，從而降低模塊的接觸熱阻，保證模塊的出力。

3)電力半導(dǎo)體芯片：超快恢復(fù)二極管(FRED)和晶閘管(SCR)芯片的PN結(jié)是玻璃鈍化保護(hù)，并在模塊制作過程中再涂有RTV硅橡膠，并灌封有彈性硅凝膠和環(huán)氧樹脂，這種多層保護(hù)使電力半導(dǎo)體器件芯片的性能穩(wěn)定可靠。半導(dǎo)體芯片直接焊在DBC基板上，而芯片正面都焊有經(jīng)表面處理的鉬片或直接用鋁絲鍵合作為主電極的引出線，而部分連線是通過DBC板的刻蝕圖形來實(shí)現(xiàn)的。根據(jù)三相整流橋電路共陽和共陰的連接特點(diǎn)，F(xiàn)RED芯片采用三片是正燒(即芯片正面是陰極、反面是陽極)和三片是反燒(即芯片正面是陽極、反面是陰極)，并利用DBC基板的刻蝕圖形，使焊接簡化。同時(shí)，所有主電極的引出端子都焊在DBC基板上，這樣使連線減少，模塊可靠性提高。

4)外殼：殼體采用抗壓、抗拉和絕緣強(qiáng)度高以及熱變溫度高的，并加有40％玻璃纖維的聚苯硫醚(PPS)注塑型材料組成，它能很好地解決與銅底板、主電極之間的熱脹冷縮的匹配問題，通過環(huán)氧樹脂的澆注固化工藝或環(huán)氧板的間隔，實(shí)現(xiàn)上下殼體的結(jié)構(gòu)連接，以達(dá)到較高的防護(hù)強(qiáng)度和氣閉密封，并為主電極引出提供支撐。

3 主要技術(shù)參數(shù)及應(yīng)用

目前，圖中的VD1～VD6均采用普通整流二極管，R為充電限流電阻，K為接觸器，其作用是對充電限流電阻進(jìn)行短接。由于高的開關(guān)頻率，以及VD1～VD6的反向恢復(fù)峰值電流高和反向恢復(fù)時(shí)間較長，因而產(chǎn)生諧波，并使電流、電壓的波形嚴(yán)重畸變，噪聲很高，用超快恢復(fù)二極管(FRED)替代普通整流二極管作為逆變器的輸入整流器，可使變頻器的噪聲降低到15dB，這主要是由于FRED的關(guān)斷特性(低的反向恢復(fù)峰值電流和短的反向恢復(fù)時(shí)間)所決定。圖5給出了FRED導(dǎo)通和關(guān)斷期間的電流波形圖。

本公司生產(chǎn)的“三相FRED整流橋開關(guān)模塊”(型號為MFST)的主要參數(shù)見表1。

2006年常州瑞華電力電子器件有限公司研發(fā)成功的“三相整流二極管整流橋開關(guān)模塊”(型號為MDST)是由六個(gè)普通整流二極管和一個(gè)晶閘管組成，其內(nèi)部電連接原理圖如圖1所示，它已廣泛用于VVVT、SMPS、UPS、逆變焊機(jī)以及伺服電機(jī)驅(qū)動放大器等具有直流環(huán)節(jié)的變頻裝置，并已取得很大成效。用超快恢復(fù)二極管(FRED)替代普通整流管所構(gòu)成的“三相FRED整流橋開關(guān)模塊”(型號為MFST)亦可用于上述各種電壓型變頻器，但可大幅度降低變頻器噪音達(dá)15dB，這一效應(yīng)將直接影響到變頻器的EMI濾波電路內(nèi)電容器和電感器的設(shè)計(jì)，并使它們的尺寸大大縮小，從而降低裝置的成本和縮小裝置的體積，使變頻器的性能提高，工作穩(wěn)定可靠，使變頻器更能滿足國家EMI標(biāo)準(zhǔn)。而以晶閘管替代用以短路充電電阻的機(jī)械接觸器，使變頻器的工作壽命延長，工作更穩(wěn)定更可靠。當(dāng)前，雖然FRED要比普通整流管更貴，而且模塊制作工藝亦將更復(fù)雜，但綜合考慮分析上述優(yōu)點(diǎn)，隨著FRED芯片價(jià)格的進(jìn)一步下降和模塊制造工藝的進(jìn)一步成熟和規(guī)模化生產(chǎn)，這種“三相FRED整流橋開關(guān)模塊”將獲得飛快發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。

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