電力半導(dǎo)體模塊的發(fā)展趨勢(shì)

(1)電力電子半導(dǎo)體模塊化：模塊化，按起初的定義是把兩個(gè)或兩個(gè)以上的電力半導(dǎo)體芯片按一定的電路結(jié)構(gòu)相聯(lián)結(jié)，用RTV、彈性硅凝膠、環(huán)氧樹(shù)脂等保護(hù)材料，密封在一個(gè)絕緣的外殼內(nèi)，并且與導(dǎo)熱底板相絕緣而成的。自從模塊原理引入電力電子技術(shù)領(lǐng)域以來(lái)，已開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)出多種內(nèi)部電路相聯(lián)接形式的電力半導(dǎo)體模塊，諸如雙向晶閘管、電力MOSFET以及絕緣柵雙極型晶閘管(IGBT)等模塊，使得模塊技術(shù)得以更快的發(fā)展。伴隨著MOS結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的現(xiàn)代半導(dǎo)體器件研發(fā)成功，人們把器件芯片與控制電路、驅(qū)動(dòng)電路、過(guò)壓、過(guò)流、過(guò)熱和欠壓保護(hù)電路以及自診斷電路組合起來(lái)，密封裝在同一絕緣外殼內(nèi)稱之為智能化電力半導(dǎo)體模塊，即IPM。為了提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性，以適應(yīng)電力電子技術(shù)向高頻化、小型化、模塊化方向發(fā)展。在IPM的基礎(chǔ)上，再增加一些逆變器的功能，使逆變電路(IC)的所有器件以芯片形式封裝在一個(gè)模塊中，便成為用戶專用電力模塊(ASPM)，這樣的模塊更有利于高頻化。為了能使邏輯電平為幾伏、幾毫安的集成電路IC與幾百伏、幾千伏的電力半導(dǎo)體器件相集成，以滿足電力事業(yè)的發(fā)展，人們采用混合封裝方法制造出能適應(yīng)于各種場(chǎng)合的集成電力電子模塊(IPEM)。

(2)智能晶閘管模塊：晶閘管智能模塊ITPM(Intelligent Thyristor Power Mudule)，是把晶閘管主電路和移相觸發(fā)系統(tǒng)以及過(guò)電流、過(guò)電壓保護(hù)、傳感器等共同封裝在一個(gè)塑料外殼內(nèi)制成的，使有關(guān)電路成為了一個(gè)整體。該晶閘管是電流控制型電力半導(dǎo)體器件，需要大的脈沖觸發(fā)功率才能驅(qū)動(dòng)晶閘管，該模塊做起來(lái)具有一定難度。

(3)IGBT智能模塊：80年代，絕緣柵雙極晶體管IGBT器件研發(fā)成功。由于IGBT器件具有電壓型驅(qū)動(dòng)、驅(qū)動(dòng)功率小、開(kāi)關(guān)速度高、飽和壓降低以及可耐高電壓、大電流等一系列應(yīng)用上的優(yōu)點(diǎn)，并可用IC來(lái)實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)和控制，進(jìn)而發(fā)展到集成IGBTA芯片、快速二極管芯片、控制和驅(qū)動(dòng)電路、過(guò)壓、過(guò)流、過(guò)熱和欠壓保護(hù)電路，箱位電路以及自診斷電路等封裝在同一絕緣外殼內(nèi)，具有智能化的IGBT模塊(IPM)。它為電力電子逆變器的高頻化、小型化、高可靠性和高性能創(chuàng)造了器件基礎(chǔ)。

(4)通信電源模塊：現(xiàn)今電力電子技術(shù)在電源模塊中發(fā)展的趨勢(shì)是低電壓、大電流。在次級(jí)整流電路中選用同步整流技術(shù)成為一種低損耗的方法。由于功率MOSEFT的導(dǎo)通電阻很低，能提高電源效率，因而在采用隔離Buck電路的DC/DC變換器中已開(kāi)始應(yīng)用。同步整流技術(shù)是通過(guò)控制功率MOSEFT的驅(qū)動(dòng)電路，實(shí)現(xiàn)整流功能的技術(shù)。一般驅(qū)動(dòng)頻率固定，大約可達(dá)200kHz以上，門限驅(qū)動(dòng)可以采用交叉合(Crosscoupled)或外加驅(qū)動(dòng)信號(hào)配合死區(qū)時(shí)間控制實(shí)現(xiàn)。同步整流技術(shù)不僅提高了電源效率，而且給通信電源模塊帶來(lái)了新的進(jìn)步，使得同步整流成為一種主流電源技術(shù)，應(yīng)用于廣泛的工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。