了解嵌入式驱动器中的电源模块
出处:维库电子市场网 发布于:2023-12-28 16:05:37
在 IP65 保护系统中,所有组件的耗散功率只能通过其表面(主要是散热器)排出。因此,嵌入式系统中使用的逆变器的设计必须限度地减少功耗,并使用良好的热界面将所有功耗组件连接到散热器。保持整体温度较低并避免系统内部出现热点,可确保整体系统的可靠性。
图 1. CI + PFC 拓扑。图片由博多电力系统提供 [PDF]此外,逆变器必须足够小以适应给定的环境,从而实现紧凑的电机设计和高安装密度。例如水处理、热泵和通风系统。系统表面积的减少使得优化热管理变得更加重要。同时,缩小整体系统体积需要智能系统分割,限度地减少功率部分、储能和逆变器控制板之间的互连。
所有应用的共同要求是整流二极管、无源或有源 PFC 以及电机的逆变器级,如图 1 所示。需要额外的 PFC 电路来满足 2012 年制定的能效指令,以开发具有以下功能的应用:更高的效率。
图 2 显示了嵌入式驱动器的两个应用,说明了集成逆变器实现的紧凑性。
图 2. 作为嵌入式驱动系统示例的 Wilo 泵和 ebm-papst 风扇。图片由博多电力系统提供 [PDF]挑战在于将具有爬电距离和间隙要求的组件(需要 PCB 上的大量空间)移动到适用其他规则的新位置。这些组件包括 CI + PFC 半导体以及自举电路、分流器、缓冲电容器等部件。这就是电源模块发挥作用的地方。电源模块通常填充有电绝缘硅胶,介电强度为每毫米几千伏。用硅胶覆盖组件可以使它们封装得更密。
其中一个障碍是两条轨道之间的距离,当使用标准 Al2O3 DCB 时,该距离需要 >0.5 mm。对于功率半导体裸片来说,这不是一个问题,但对于电阻器、电容器和二极管等分立元件来说,这变得更具挑战性,对于 IC 来说更是如此。在这些情况下,Vincotech 的厚膜技术提供了有前途的解决方案,可实现小于 0.5 毫米的细间距。
Vincotech 为嵌入式驱动应用提供两种类型的模块:仅包含功率半导体的 DCB 模块和还包含有源和无源元件的厚膜模块。虽然两者都基于氧化铝,但它们的主要区别在于基材厚度以及两侧是否有铜平面。由于 Al2O3 是一种易碎材料,需要小心处理,因此厚膜基板的厚度约为 DCB 的两倍,约为 1 毫米。此外,它们具有更高的热阻,因为顶部和底部铜的缺失不允许热扩散。
厚膜模块基于一种技术,该技术允许在氧化铝基板上印刷不同的层,然后在 850 °C 下烧制。各种浆料可用于不同的用途,例如用于高功率轨道的低欧姆导体和电阻器浆料,范围从用于分流器的低值到用于各种电阻器功能的 MΩ 范围内的高值。
激光微调电阻器可提高其精度,而添加玻璃钝化层可提高其可靠性。
图 3. 比较基于 DCB 的模块(左)和厚膜模块(右)。图片由博多电力系统提供 [PDF]下图描述了集成到厚膜模块中的组件。首先,与标准电源模块的情况不同,栅极驱动器 IC 的实现包括二极管、电阻器和电容器(这种情况非常罕见)。,以栅极电阻和栅极-发射极电容为例。其他 Vincotech 厚膜产品具有不同的开启和关闭栅极电阻,以及可选的栅极发射极电阻,用于在没有电源的情况下对栅极进行放电。
图 4. 厚膜电源模块的内部电路。图片由博多电力系统提供 [PDF]
图 5.不使用 Cge(左)和使用集成 Cge(右)的 EMI 测量。图片由博多电力系统提供 [PDF]该电路还包括一个 PFC 电路,该电路具有快速 650 V IGBT 或更快的 Si MOSFET 以及快速 Si 二极管,或者当需要更高的开关频率和效率时,还包括 SiC 二极管。
DC+和DC-之间的陶瓷电容器闭合电源电路内的高频环路。栅极和发射极之间的电容器进一步改善了 EMI,如图 5 所示。
电容器的放置会对测量值产生很大影响。
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