【应用】Vincotech电力电子功率模块，具备离散解决方案的性能优势

时间： 2019-01-04 来源：Vincotech

技术问答

随着太阳能、风能、工业驱动器和UPS等应用对电力电子产品需求的强劲增长，系统开发工程师越来越意识到如何选择功率器件对于这些远程控制的应用中至关重要，这样的系统需要最高的可靠性和效率，以最小化的操作成本助力开发者建立工业完整性。

关于实际构成功率模块的内容有很多的讨论，例如在驱动器应用的PIM模块的典型示例（参见图1）在单个外壳中封装中集成有三相输入整流器、制动斩波器、三相逆变器以及重要的隔离材料，高通用电压和高热应力等级是保证效率的“卓越因素”的关键，最重要的是，设计还兼具有良好的PIM长期可靠性。

图1 显示重要电气和热连接的典型电源模块（a）和坚固免维护的封装（b）

功率模块已经成为构建经济高效电源系统的最便捷方式，性能都可在特定模块制造商的限制范围内进行优化。设计人员可以放心，模块将完成所有指定的电气和机械操作，保证能够满足严格的品质规范，如EMI、效率、负载循环和可靠性，实际上产品技术是“现成的”意味着拥有最小化的上市时间。

关于模块与离散组件结构主题的论点，成本不可避免地似乎是这些论点的驱动因素，那么成本是意味着什么呢？如果我们简单地将各个分立部件的成本加上将这些部件集成一起的系统成本作为总和的成本，那么我们就是在欺骗自己。我们需要考虑系统可靠性（负载循环/温度循环）的影响。制造商在该领域需要做的最后一件事是“潜在问题”的安装评估。例如在实验室中表现良好的系统，但在现场部署一段时间后突然失效，这将大大提高原始计算的成本，并且可能破坏制造商经过数十年建立的产品可信度。

图2 高质量、低电感的电气和热连接对于高效率和现场可靠性至关重要

开发离散的解决方案也存在高风险因素，任何设计师都容易体会到这些项目从未顺利的进行，有不可避免的设计缺陷需要重新调整，严格的实现规范和规则需要坚持并得到性能验证，所有这些工作都占用了宝贵的时间和巨大的财务负担。

对系统设计产生重大影响是需要特别注意PCB的布局。引线电感和电阻在确定损耗和发热方面发挥着重要作用，如果这些无法进行巧妙的补偿都会对系统的可靠性产生不利的影响。同时安装的停机时间成本非常高，并且在现场维修故障单元是困难的，在最坏的情况下进行替换比较昂贵，因此，系统的可靠性是重中之重。导致进一步失败的一个巨大的初始表现是使用铜基板节省成本。当然由于其具有良好的导电性和导热性，看起来是理想和简单的选择，在现场服务和正常使用中负载和温度循环后，问题可能会出现（参见图3）。铜的热膨胀不适合硅，使用陶瓷可以实现更可靠的解决方案，这是一种最初成本更高但更可靠的解决方案。从长远来看必须预先投资以节省维护成本保证系统完整性。

图3 使用最高质量材料（a）的PIM分层结构，提供最佳的长期可靠性和高负载循环能力（b）

除电气设计外，整体产品“角色”的重要组成部分是机械设计和部件布局。该电力系统通常在极端环境中工作运行。通风不良、物理和环境恶劣条件通常是工业驱动和可再生能源装置（例如太阳能或风能）的品质标准。装配过程对系统成本的影响很大，非常精确地对准焊接功率半导体与附加散热器的分离工艺需要专门的对准工具，严苛情况下的熟练操作员或为每个半导体的安装单独散热器，使用具有类似高技术水平的操作员。

图4 压合技术采用新的引脚技术（a），简化了PCB（b）的组装，减少了制造时间和成本

VINCOTECH公司已向市场推出其最新的压合技术产品（Flow封装），现在正在使用这种采用省力技术的传输模块。采用这种新引脚技术的模块只需压入而不是焊接到PCB中，从而减少了PCB组装时间和成本。Vincotech压入适应引脚的设计方案在汽车行业中得到了很好的应用，并为PCB板提供了可靠的电气连接。通过消除模块焊接工艺的操作性，客户减少了PCB的组装时间，从而减少了生产成本，展现出更高的产量。该技术的其他优点包括PCB板的重复使用和设计的灵活性。可以在不损坏PCB的情况下移除模块，从而允许使用新模块来重复使用PCB。无需焊接，保证了设计的灵活性，该模块可以轻松安装在PCB的任何一侧，无需额外的成本或精力。

Vincotech的压配技术符合DIN和IEC行业标准，可根据要求提供所有Vincotech专有模块设计，与当前组合产品的引脚相兼容。当然，市场上有许多模块供应商，这可能是一个艰难的选择，以做出正确的选择。在材料技术和半导体的选择上，大多数供应商都与自己的专有品牌联系在一起。当然，模块制造商A不可能从半导体制造商B中选择MOSFET。为了获得最好的功率产品模块，人们可以选择Vincotech独立制造商的产品来源，在那里可以真正优化甚至定制组件和组件，在发电领域没有比Vincotech拥有更佳的功率产品，因为效率、可靠性和真正的拥有成本优化的每一个百分点都会增加客户的盈利能力。

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