用于强大应用场合的功率模块

弹簧连接——关键焊接连接的可靠替代方式

高效，灵活且与环境相容

图1 为了提高太阳能逆变器的效率，MiniSKiiP电力电子模块拥有极低的热阻抗

　　为帮助确保太阳能热逆变器的高效率，MiniSKiiP功率模块的热阻非常低。这有助于改善功耗，并最终意味着功率电路被更有效地利用。采用了MiniSKiiP的太阳能逆变器在由德国消费监督机构Stiftung Warentest举行的测试中获得了第一名，效率高达95.6 ％——它使用的仍然是标准硅IGBT和二极管芯片（见图1）。

　　MiniSKiiP模块在最小的空间里拥有高集成度。一个完整的变换器逆变器制动电路（CIB）被集成在紧凑的MiniSKiiP 3外壳中（59 mm x 82 mm）（见图2），该电路芯片的额定电流为100A、阻断电压为1200V。MiniSKiiP模块还具备不常见的灵活接口。电源及辅助端子可位于接近模块表面的任何地方。这样的灵活性也可能发生在模块内部，因为在同一外壳中有许多不同的电路。

图2带弹簧连接技术的MiniSKiiP模块（已安装）的截面图

　　效率和环境相容性不仅只在逆变器运行时是重要的，这些因素甚至在装配阶段都是至关重要的。电源开关，PCB及散热片是在一个生产步骤中和MiniSKiiP模块相连。该功率电路与其他模块不同，不是焊在PCB上，而是采用赛米控专利的压接技术进行连接，该技术是基于驱动器板和功率模块之间的弹簧连接而非刚性焊接。由此，在生产逆变器时可以摆脱要求苛刻且费时的焊接处理。得益于可移动接触，逆变器运行时产生的热或机械压力也减少了，从而保证了持久和安全的电气连接。这一点也可以从一些长期的应用中看出，在这些应用中，模块用在分散的驱动器中，直接安装到电机上。如今，有超过3亿这样的弹簧正被使用，并已证明了其可靠性——当然也完全符合RoHS指令。

　　如今，其他公司也在着手尝试在这一功率等级的模块中使用无焊接技术。例如在压装技术中，负载连接器安装在PCB现有的孔上，这意味着这里可以完全不用焊接，但是一个缺点是该技术仍需将端子焊接或粘接到DCB。相比之下，MiniSKiiP中使用的弹簧连接技术就不需要这样的处理了（见图3）。功率模块生产中需要的焊接越少，对环境的影响也越少（见图4）。

图3 焊接引脚与弹簧连接的对比

图4 弹簧连接和焊接引脚的温度循环能力对比

　　为进一步简化客户的处理过程，我们现在提供预涂了导热涂层的MiniSKiiP模块（图5 ）供客户选购。导热涂层是在一个高度自动化的印刷过程中涂上的。客户可在最后的安装过程中摆脱这一敏感且费时的步骤——一个明确的时间和成本优势。此外，导热涂层的分布最佳，并有理想的厚度，从而带来更好的热性能，并增加了电力电子模块的使用寿命和耐久性。

　　　　　　　　　　图5 带导热涂层的MiniSKiiP模块

　　客户可在MiniSKiiP模块两种不同的封装中进行选择使得客户在PCB布局方面更具灵活性。根据最终应用的要求，平板封装可用于非常紧凑的设计或着在其下部带有适用于单独SMD元件空间的封装。由于带有弹簧接触的MiniSKiiP模块无需在PCB有过孔，因此SMD元件可以很容易地放置在PCB上。这使得PCB的电感超低，从而可以提高转换器的整体效率。

　　MiniSKiiP模块为芯片阻断电压为600V和1200V的场合而设计，主要特征是采用了结合了赛米控CAL二极管的沟槽IGBT技术。

　　在1200V系列中，使用了结合CAL I 4二极管的最新沟槽IGBT 4技术。这些芯片可能用于结温高达175 ℃的应用中 。

　　由于芯片的这种组合，以及最高结温增长了25 ℃，相比芯片额定值相同但采用的是以前技术且的逆变器，该系列逆变器的性能可能会更好。与前一代相比，功耗也减少了20 ％左右，这也使得整个逆变器更有效。

　　除CIB配置外，标准逆变器拓扑中也可以有标准模块，带制动斩波器的不可控整流器，以及带制动斩波器半控整流器。

　　对于太阳能逆变器，有专门设计的模块，该模块采用带有600V和1200V IGBT的两相半导体拓扑结构。由于有很多不同可能的弹簧布置，使得可以有极其灵活的布局。这意味着芯片可以最佳的方式安排在模块里，且由于非常低的开关损耗，逆变器的效率因此会进一步增加。这些模块也可以配备SiC二极管代替CAL二极管。这样可以再次提高整个太阳能逆变器的整体效率。总之，有了全新的电路拓扑和外壳的正确组合，你就拥有适用于太阳能应用的最佳模块，该模块的设计旨在使得功率损耗最小化。

　　有了赛米控的计算和仿真工具SEMISEL，用户可以选择、配置和计算模块。SEMISEL可从在http://semisel.semikron.com/start.asp找到，并提供了详尽的联机帮助功能。该免费工具是为各种应用选择合适功率电路的用户提供了快速和可靠的途径。例如，客户可以输入特定的散热器特性，将得到整个功率电子系统的实际温度。也可输入不同的客户特定负载条件，并得到由此造成的损耗和温度。

　　有关完整的MiniSKiiP产品系列信息，请访问www.semikron.com。（表1）

　表1 MiniSKiiP功率模块的额定功率和拓扑结构

总而言之

弹簧连接——焊接连接的可靠替代方式

　　功率模块MiniSKiiP的成功在于电源和辅助端子与PCB和DCB之间的无焊接连接。电气接触是通过机械弹簧建立的，弹簧使得用户可以非常容易地安装和拆卸模块。弹簧连接可保证较长的使用寿命，特别是在热和机械应力下。如今，有超过3亿个弹簧连接在可靠的使用。