基于IMST技术的IPM模块解决白家电的设计问题

因为天下各国赓续关注节能问题,使节能型破费类产品的需求持续上升,尤其是电冰箱、洗衣机和空调等白家电产品。除了节能,白家电设计的寻衅包括尺寸、散热、靠得住性、噪声及外不雅设计等。如今,在白家电设计中具有明显节能、低噪声和优良变速机能等特点的无刷直流(BLDC)电机(或称“马达”)利用越来越广泛。据统计,高级电冰箱中可能会应用5个或以上电机,空调的室外机及室内机各应用2个,洗衣机/烘干机、洗碗机等平日也会应用2个电机,这就必要高能效的电机驱动/节制规划。

变频器技巧的开拓旨在高能效地驱动用于工业及家用电器的电机。此技巧要求像绝缘门双极晶体管IGBT)、快速规复二极管(FRD)这类的功率器件,以及节制IC和无源元件。智能功率模块(IPM)将这些元器件高密度贴装封装在一路(见图1),高能效地驱动电机,共同白家电对低能耗、小尺寸、轻重量及高靠得住性的要求。IPM内置高击穿电压的驱动器IC、高击穿电压及大年夜电流IGBT、快速规复二极管、门极电阻、用于驱动上边IGBT及IGBT门极电阻的启动二极管、用于检测发烧的热敏电阻、用于过流保护的分流电阻等,用于变频器电路。IPM供给低损耗,包孕多种封装类型,电流范围宽。

图1:范例变频器IPM将多种元器件封装为模块

图2显示的是用于空调的范例电源电路模块。在这个示例中,变频器IPM用于驱动空调压缩机及室外风扇。变频器IPM采纳微节制器(MCU)来事情。IPM模块高速开关电源,供给更周详节制,实现更高能效的空调事情。

图2:用于空调的变频器IPM利用示例

安森美半导体变频器IPM技巧特性及上风

安森美半导体积极推动高能效立异,推出了用于工业及破费利用包括白家电电机节制及驱动的一系列新的IPM产品,能驱动从10 A至50 A输出负载电流。这系列IPM产品相配宽广声威的分立电机节制元器件(包括电机节制器、IGBT及MOSFET),为客户供给更多的选择。

安森美半导体是举世第一家开拓出变频器IPM应用绝缘金属基板技巧(IMST?)基板技巧的公司。此技巧在铝板,也便是在金属基板上搭建电子电路。IMST技巧使多种元件能够封装在同一个模块IC中,包括电阻和电容中分立无源元件、二极管和晶体管中分立有源元件,以及更繁杂的IC或专用集成电路ASIC),如门极驱动器、数字旌旗灯号处置惩罚器(DSP)、逻辑元件等。IMST也能使功率输出电路、节制电路及其外围电路贴装在相同基板上。

图3:安森美半导体基于IMST技巧的IPM布局示意图

图3中从底到顶的范例横截面显示供给极佳热机能和机器机能的高热导率铝基板,覆盖在铝基板上面的是绝缘层,再上面是用于电气布线的铜箔。这横截面图也揭示了IMST技巧的一项独特特点,那便是不存在任何用作绝缘体或机器基板的陶瓷层。是以,IMST技巧的接地机能优于任何基于陶瓷的混杂电路。贴装在功率模块上的元器件可能会碰到焊点靠得住性的问题:要么是在无源器件到基板的接口,要么是在裸片至基板的接口。为了前进靠得住性,安森美半导体应用嵌件(over-molding)技巧,加强机器粘合性。这就大年夜幅增强靠得住性,减小焊点的机器应力。是以,安森美半导体基于IMST技巧的IPM具布局上的上风。

把安森美半导体的IPM所采纳的IMST布局与竞争公司的框架布局对照(见图4),可以看出竞争公司应用的框架(frame)布局由于结构和布线问题,难于集成片式电阻及片式电容等无源元件。但安森美半导体的IPM可以在铝基板上直接贴装任何元器件,只需极少绕线。此外,还可以在板上贴装分流电阻,能够减小模块尺寸并削减元器件数量。

图4:安森美半导体IPM的IMST布局能低落总资源

不仅如斯,跟分立器件规划比拟,安森美半导体IPM应用的IMST技巧还供给更灵敏、更高精度的温度检测,实现更靠得住的散热保护。IMST技巧能够从铝板的高热传导率受益。热保护取决于节制器件检测到热变更的间隔和光阴。分立器件规划的温度检测间隔较远,导致检测延迟。IMST技巧在模块中内置热敏电阻,故以高度受控的措施监测检测光阴及针对快速发烧事故的灵敏度,因而延迟光阴短,检测机能高,供给靠得住的散热保护,拜见图5。

图5:IMST技巧供给更优良的温度检测,供给更靠得住的散热保护

IMST技巧的另一项紧张上风是其电路功能。因为内置了用于检测电流的分流电阻,就可以在不跨越3微秒光阴内实现短路保护,由于用于电流保护的元件在模块内的结构位置很近。安森美半导体的IMST技巧能够将不合元器件贴装在PCB上,是以,能够减小PCB,使PCB易于设计,缩短终端产品的设计时间。

安森美半导体的IMST IPM能够赞助大年夜幅削减元件数量,赞助低落系统总资源以安森美半导体的STK551U362A-E IPM为例,仅需电容、电阻及二极管等外围元件11颗,而相同功能的竞争产品的外围元件数量可能高达23颗。

其它的IMST IPM上风,还包括噪声抑制、低落浪涌电压等。低落电机噪声是白家电设计工程师面对的设计寻衅之一。安森美半导体的IMST技巧有效低落开关EMC/EMI噪声,由于铝金属基板与铜箔图案之间的绝缘树脂孕育发生了散播式电容。此外,像IPM这样的高压、大年夜电流器件,在进行脉宽调制(PWM)开关事情时代,开关关断时会孕育发生由结构及绕线中寄生电感导致的瞬态高压尖峰。但IMST基板本色上会抑制高压并低落噪声,由于模块内的布线颠最后猜测试,固有寄生参数极小,能够低落浪涌电压。

安森美半导体的IPM在能效机能方面则更有上风。在相同前提下的测试结果显示,安森美半导体的IPM模块的能耗更低,能效超过跨过10%以致更高。更高能效的规划在本色上赞助减小散热片尺寸,提升靠得住性,办理白家电的设计寻衅。

图6:安森美半导体的IPM能耗更低,能效更高

安森美半导体的IPM 采纳单列直插式封装(SIP)型封装,这种封装供给贴装的机动性,能够以引线成形要领将模块水平或垂直贴装。采纳垂直贴装时,因为占位面积及PCB面积响应较少,故供给空间的上风。SIP布局简化结构,有利于缩短PCB设计光阴。安森美半导体为相符不合的客户需求,也筹划供给双列直插封装(DIP)封装的IPM.

安森美半导体变频器IPM产品声威

安森美半导体供给一系列立异的IPM,既包括单分流电阻型,也包孕3分流电阻型。公司的立异、智能及高集成度的规划,赞助设计工程师办理他们面对的寻衅。此外,安森美半导体的产品满意UL标准认证要求,可赞助客户缩短设计及评估光阴。

表1:安森美半导体的变频器IPM产品声威

总结:

安森美半导体基于IMST技巧的IPM供给多重技巧上风,办理白家电设计工程师的各类设计问题。因为设计紧凑、占位面积少的IPM模块集成了多种内置特点及智能功能,工程师可以简化设计、减小电路板空间、提升靠得住性、削减元器件数量及低落元器件总资源。

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