使用傳動裝置的變速驅(qū)動器技術(shù)方案

變速驅(qū)動器（VSD）可以非常有效地改變電動機的扭矩和速度，并廣泛用于諸如電動機驅(qū)動，伺服和熱力之類的重載應(yīng)用中，通風和空調(diào)（HVAC）。在采用VSD之前，交流輸出功率只能以電網(wǎng)功率的線路頻率施加，通常在不需要全速時使用機械制動。因此，根據(jù)需求調(diào)節(jié)速度不僅可以減少能耗，而且可以延長電動機的工作壽命。最受歡迎的一種實現(xiàn)此目的的設(shè)備是轉(zhuǎn)換器-逆變器-制動（CIB）模塊。圖1顯示了CIB模塊的基本輪廓。模塊電路由三部分組成：變頻器，變頻器和制動器。這些部分的首字母-C，I和B-就是眾所周知的。在正常運行期間，轉(zhuǎn)換器級的輸入（圖1中的R / S / T）從電網(wǎng)汲取三相電力，并將交流電調(diào)節(jié)為直流電。

有兩種常用的三相電壓。240V級和400V級;根據(jù)電壓大小，建議使用650V CIB類模塊或1200V CIB類模塊。在轉(zhuǎn)換器級之后，將立即將電容器連接到DC總線，以消除由動態(tài)功率使用引起的來自逆變器的電壓紋波。然后，逆變器級將DC輸入斬波為AC輸出以為電動機供電。這可以通過打開和關(guān)閉模塊此部分中的6-IGBT來實現(xiàn)。輸出電壓/電流通過脈沖寬度調(diào)制來控制；信號被構(gòu)造為產(chǎn)生以所需速度和方向驅(qū)動電動機所需的功率。當安森美半導(dǎo)體?定義TMPIM電源模塊的安培額定值時，電流是指逆變器部分中的IGBT額定值。作為指導(dǎo)，1200V 25A TMPIM CIB模塊將提供5kW的電動機功率；35A TMPIM將輸出7.5kW;50A可提供10kW，15kW和20kW的功率。重要的是要注意，通常提供千瓦輸出功率額定值。如果應(yīng)用程序使用不同的控制和冷卻設(shè)置，則此額定功率可能會有很大差異。

因此，最大輸出功率由功率模塊的設(shè)計以及如何控制和冷卻模塊來定義。安森美半導(dǎo)體的運動控制在線仿真工具可幫助您選擇最合適的模塊。當電動機停止和減速時，其操作會切換到再生模式。電動機產(chǎn)生的功率被轉(zhuǎn)移回直流總線電容器。當產(chǎn)生的功率過大時，可能會過度充電并損壞電容器。在這種情況下，制動IGBT導(dǎo)通，將多余的電流引至與IGBT串聯(lián)連接的外部制動電阻器。這種布置會耗散過多的再生功率，并使電容器電壓保持在安全水平。

在具有風扇，泵和加熱器驅(qū)動器的應(yīng)用中，在再生功率不重要的情況下，可以卸下制動器。在這種情況下，該模塊稱為CI模塊，它代表轉(zhuǎn)換器逆變器模塊。

圖1：轉(zhuǎn)換器-逆變器-制動（CIB）模塊的基本配置

電源集成模塊的創(chuàng)新包裝

通用CIB / CI模塊使用凝膠填充包裝，該包裝將功率組件封裝在外殼內(nèi)。這種方法涉及一個多階段的制造過程，但也許更重要的是，它固有地結(jié)合了不均勻材料和界面的額外層，這會削弱模塊并降低其堅固性。安森美半導(dǎo)體通過開發(fā)傳輸模制功率集成模塊（TMPIM）挑戰(zhàn)了這一規(guī)范。顧名思義，開發(fā)的過程是一種單階段的封裝技術(shù)，可以用相同的材??料創(chuàng)建包裝和包圍組件的介質(zhì)。

傳遞模具工藝消除了對多種材料的需求，包括通常用于容納組件的塑料盒，膠水和包圍功率器件的密封劑。除了整體上更有效的制造工藝外，傳遞模塑還能提供十倍的溫度循環(huán)，從而直接提高效率。這為最終產(chǎn)品的尺寸和形狀提供了更大的靈活性，并提供了更高的可靠性和更大的功率密度。

迄今為止，安森美半導(dǎo)體已采用其TMPIM工藝開發(fā)和發(fā)布了許多針對功率要求在3.75 kW至10 kW之間的應(yīng)用的模塊，包括六個額定電流分別為25 A，35 A和50 A的1200 V CIB模塊。這些設(shè)備在DIP-26封裝中提供，并包括CBI和CI變體?，F(xiàn)在，安森美半導(dǎo)體將擴展其產(chǎn)品系列，提供1200 V CBI模塊，這些模塊提供75 A和100?? A的電流輸出，并推出一系列650 V模塊，額定電流在35 A和150 A之間。這些設(shè)備將能夠滿足功率要求高達20kW的應(yīng)用，并在QLP封裝配置文件中提供。DIP-26封裝的兩側(cè)都有端子，而QLP是四邊形的引線框架封裝，所有四個側(cè)面都有端子。

封裝增強可提供更高的功率密度

為了適應(yīng)更高的輸出功率水平，安森美半導(dǎo)體進一步開發(fā)了其TMPIM工藝，從而推出了標準版和增強版。增強版本具有先進的基板，該基板具有較厚的銅層，從而無需基板，從而使兩種封裝形式的外部尺寸保持相同。這使制造商根據(jù)其功率需求在兩者之間進行遷移更為簡單。與可比較的模塊相比，卸下底板可將模塊的體積減少約57％，同時與標準TMPIM封裝相比，可將導(dǎo)熱率提高30％。

圖2：安森美半導(dǎo)體的標準和增強型TMPIM封裝

壽命更長

通過增加所用銅的厚度，封裝具有較低的熱阻和較高的熱質(zhì)量，而先進的基板則進一步提高了模塊的可靠性。

如前所述，整個組件，包括芯片，引線框架和鍵合線，都封裝在與封裝相同的環(huán)氧樹脂中。在DIP-26程序包中，CBI和CI模塊都共享相同的引腳分配。在CI模塊中，制動端子沒有內(nèi)部連接。

安森美半導(dǎo)體自己的競爭對手分析表明，使用其傳遞模塑工藝制造的模塊可提供十倍的高溫循環(huán)，功率循環(huán)可提高三倍，同時具有更好的導(dǎo)熱性和整體效率。

結(jié)論

在電機驅(qū)動，伺服和HVAC應(yīng)用中，VSD通常采用CIB或CI電路中的電源模塊。通過創(chuàng)新的TMPIM技術(shù)開發(fā)功率集成模塊，安森美半導(dǎo)體現(xiàn)在能夠以更小的封裝提供更高的效率和更高的功率密度。

編輯：hfy