用于嵌入式驱动应用的高度集成和超紧凑型功率模块 

嵌入式驱动电路包含一个输入整流器、一个PFC升压器和一个三相输出逆变器。根据具体应用,该电路所用模块的最佳选择是高度集成IPM(智能功率模块)或非常灵活的PIM(功率集成模块)。IPM还包含用于功率开关的逻辑组件和栅极驱动。PIM只提供了功率组件,因此栅极驱动必须安装在系统的PCB中。

对嵌入在泵机、压缩机、风扇和其他类似应用中电子控制电动机的两大关键要求是:

  • 功率因数校正(PFC):对连接到公共电网的驱动强制要求使用PFC。
  • 密封式电动机集成:密封式集成电动机需要紧凑的设计和热管理。采用有限的内部空间和密封设计,防止任何气流与系统PCB板上的组件产生接触。必须通过连接的散热器对栅极驱动、分流电阻等类似组件产生的热量进行散热。

IPM 

需要智能功率模块(IPM)来实现此类设计必需的功能整合和功率密度。IPM集成的程度各不相同。标准IPM至少含有一个简单的三相逆变桥,并配有兼容的栅极驱动。如果加入更多的集成模块,工程师可以创造出更加紧凑的设计,并充分利用功率元件和栅极驱动电路的有效组合,这也是逆变器设计中最关键的元件。从而缓解电路设计相关风险、加快发展和缩短上市时间。

凭借厚膜技术的优势,可以将功率半导体、集成电路、集成到底板上的SMD和电阻组合在一起,从而从最大程度上提高新flowIPM 1B功率模块的功能集成。该设计结合了带有有源功率因数校正(APFC)的所有三相逆变器有源功率组件,包括对感应涡流进行补偿的电容器,用于感应电流的分流器,周围电路可以用作分压器的PFC控制器以及DC电容器。

用两个外部电阻对PFC频率和输出电压进行编程。如果逆变器使用的外部微控制器还需要控制PFC,则可以提供只配有PFC开关栅极驱动的版本。这可能需要负电源和用于PFC电流信号的放大器。微控制器的接地位于PFC分流电阻的正极。不能对微控制器进行直接连接。因为可选用压接互连,工程师在设计目标应用时拥有了更大余地。此外,功率模块具有更广泛的功能集成,从而将研发工作从驱动开发人员转移到模块制造商。驱动的制造商不仅在开发中投入的精力更少,而且在定义功能和校准开关特性时的灵活性得到显著提高。

PIM (CIP) 

设计用于4千赫PWM频率的应用和16千赫应用并不相同,必须以不同方式对它们的过滤功能和开关损耗进行优化。基于矢量控制的逆变器需要投入更多努力来评测电流信号。只有功率组件——输入整流器、PFC升压器和三相输出逆变器——集成在PIM模块中。栅极驱动电路和其他逻辑电路必须安装在外部PCB中。提供了一个集成DC电容器,以降低电感并实现PFC开关的超快速断开。

这些模块中一些版本为PFC或逆变器控制的感应电流提供了分流电阻,。下部开关的发射器为开放式结构,因此可以连接三个外部分流电阻以进行基于矢量控制的逆变器设计。温度传感器在模块位置提供散热器温度。

Vincotech嵌入式驱动的产品组合 

嵌入式驱动系统中的空间非常有限,而且它们的紧凑式密封设计使这么多电子元件产生的热量很难消散。

Vincotech的嵌入式驱动功率模块产品组合采用600V和1200V的智能功率模块(IPM)以及带有PFC电路的功率集成模块(PIM+PFC),可以达到当今市场上所有功率模块的最高集成水平。从而使这些模块成为有限空间机械环境的最佳解决方案。

除了输入滤波器、DC电容器和微控制器以外,可以对所有电机驱动的功能块进行集成,缩小系统的尺寸、降低成本和缩短上市时间。

成本分析——flowIPM vs处于离散和竞争状态的IPM
成本分析——flowIPM vs处于离散和竞争状态的IPM

调整保护电路以匹配电源设备的容电量,并通过工厂测试保护电路以提高系统的可靠性。凭借高度集成组件和功率裸芯片,可以带来远远小于离散设计的足迹,从而节约大量空间。

凭借更少的外部组件和智能隔离技术,对电动机驱动装置总成进行了改进和简化。在厚膜技术中使用了陶瓷板,尽可能地为功率元件提供最佳的直接冷却,从而提高了模块的热性能。

Vincotech的嵌入式驱动功率模块采用超紧凑式外壳,可以配备压接插针。由于压接技术不再需要进行焊接,因此可以显著减少PCB的装配时间和人工。从而减少了加工时间和成本,提高了产量。

模块的蠕变和净距离符合适用的工业标准。对散热器形状没有特殊要求。

通过预先应用相变材料,显著提高了功率模块和散热器之间的热互连。Vincotech的内部丝网印刷工艺能以超高精度进行材料堆积,从而达到适当厚度。可以通过材料优化从最大程度上提高传热能力。

结论 

Vincotech的产品组合提供了工程师设计嵌入式驱动系统时所需的功能集成和功率密度。通过Vincotech的智能功率模块,实现超高集成水平,从而帮助系统工程师带来更紧凑的设计,并充分利用功率元件和栅极驱动电路的有效组合,这也是逆变器设计中最关键的元件。降低了电路设计相关风险,提高开发速度,并显著缩短上市时间。