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超快恢复二极管整流桥开关??榻峁辜坝τ?/h1>
作者:海飞乐技术 时间:2018-05-23 16:50

  ??榛峁固岣吡瞬返拿芗?、安全性和可靠性, 同时也可降低装置的生产成本, 缩短新产品进人市场的周期, 提高企业的市场竞争力。由于电路的联线已在??槟诓客瓿? 因此, 缩短了元器件之间的连线, 可实现优化布线和对称性结构的设计, 使装置线路的寄生电感和电容参数大大降低,有利于实现装置的高频化。此外, ??榛峁褂胪萘糠至⑵骷峁瓜啾? 还具有体积小、重量轻、结构紧凑、外接线简单、便于维护和安装等优点,因而大大缩小了装置的何种, 降低装置的重量和成本, 且??榈闹鞯缂俗?、控制端子和辅助端子与铜底板之间具有2.5V以上有效值的绝缘耐压, 使之能与装置内各种??楣餐沧霸谝桓鼋拥氐纳⑷绕魃? 有利于装置体积的进一步缩小, 简化装置的结构设计。
  三相超快恢复二极管整流桥开关??橛τ糜赩VVF变频器、高频逆变焊机、大功率开关电源、不停电电源、高频感应加热电源和伺服电机传动放大器。由于这种??橛氩捎?~5普通整流二极管相比具有反向恢复时间(trr)短, 反向恢复峰值电流(IRM)小和反向恢复电荷(Qrr)低的FRED, 因而使变频的噪音大大降低, 从而使变频器的EMI滤波电路内的电感和电容尺寸减小,价格下降, 使变频器更易符合国内外抗电磁干扰(EMI)标准。
 
  1. ??榈慕峁辜疤氐?/strong>
  FRED整流桥开关??槭怯闪龀旎指炊苄酒鸵桓龃蠊β矢哐咕д⒐苄酒匆欢ǖ缏妨珊蠊餐庾霸谝桓鯬PS(加有40%玻璃纤维)外壳内制成, ??槟诓康牡缌臃绞饺缤?所示。图中VD1~VD6为六个芯片, 相互联成三相整流桥、晶闸管串接在电桥的正输出端上。图2示出了??橥庑谓峁故疽馔? 现将图中的主要结构件的功能分述如下:
  1)铜基导热底板:其功能为陶瓷覆铜板(DBC基板)提供联结支撑和导热通道, 并作为整个??榈慕峁够?。因此, 它必须具有高导热性和易焊性。由于它要与DBC基板进行高温焊接, 又因它们之间热线性膨胀系数(铜为16.7×10-6/℃, DCB约不5.6×10-6/℃)相差较大, 为此, 除需采用掺磷、镁的铜银合金外, 并在焊接前对铜底板要进行一定弧度的预弯, 这种存在一定弧度的焊成品, 能在??樽爸玫缴⑷绕魃鲜? 使它们之间有充分的接触, 从而降低??榈慕哟ト茸? 保证??榈某隽?。

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图1 ??槟诓康缌釉硗?/span>
图2 ??橥庑谓峁故疽馔? src=
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  2)DCB基板:它是在高温下将氧化铝(A12O3)或氮化铝(A1N)基片与铜箔直接双面键合而成, 它具有优良的导热性、绝缘性和易焊性, 并有与硅材料较接近的热线性膨胀系数(硅为4.2×10-6/℃ , DCB为5.6×10-6/℃), 因而可以与硅芯片直接焊接, 从而简化??楹附庸ひ蘸徒档腿茸?。同时, DBC基板可按功率电路单元要求刻蚀出各式各样的图形, 以用作主电路端子和控制端子的焊接支架, 并将铜底板和电力半导体芯片相互电气绝缘, 使??榫哂杏行е滴?.5kV以上的绝缘耐压。
  3)电力半导体芯片超快恢复二极管(FRED)和晶闸管(SCR)芯片的PN结是玻璃钝化?;? 并在??橹谱鞴讨性偻坑蠷TV硅橡胶, 并灌封有弹性硅凝胶和环氧树脂, 这种多层?;な沟缌Π氲继迤骷酒男阅芪榷煽?。半导体芯片直接焊在DBC基板上, 而芯片正面都焊有经表面处理的钥片或直接用铝丝键合作为主电极的引出线, 而部分连线是通过DCB板的刻蚀图形来实现的。根据三相整流桥电路共阳和共阴的连接特点, FRED芯片采用三片是正烧即芯片正面是阴极、反面是阳极和三片是反烧即芯片正面是阳极、反面是阴极, 并利用DCB基板的刻蚀图形, 使焊接简化。同时, 所有主电极的引出端子都焊在DCB基板上, 这样使连线减少, ??榭煽啃蕴岣?。
  4)外壳壳体采用抗压、抗拉和绝缘强度高以及热变温度高的, 并加40%有玻璃纤维的聚苯硫醚(PPS)注塑型材料组成, 它能很好地解决与铜底板、主电极之间的热胀冷缩的匹配问题, 通过环氧树脂的浇注固化工艺或环氧板的间隔, 实现上下壳体的结构连接, 以达到较高的防护强度和气闭密封, 并为主电极引出提供支撑。
 
  2. 应用
  大功率高频开关器件(IGBT、功率MOSFET、IGCT等)已广泛用于VVVF、UPS、SMPS、逆变焊机、伺服电机传动放大器等具有直流环的逆变装置内。图3和4分别示出了VVVF变频器和高频逆变焊机的电原理图。
图3 典型的VVVF变须器电原理图 
图3 典型的VVVF变须器电原理图
  目前, 图中的VD1~VD6均采用普通整流二极管, R为充电限流电阻, K为接触器, 其作用是对充电限流电阻进行短接。由于高的开关频率, 以及VD1~VD6的反向恢复峰值电流高和反向恢复时间较长, 因而产生谐波, 并使电流、电压的波形严重畸变, 噪声很高, 用超快恢复二极管(FRED)替代普通整流二极管作为逆变器的输入整流器, 可使变频器的噪声降低到15dB, 这主要是由于FRED的关断特性(低的反向恢复峰值电流和短的反向恢复时间)所决定。图5给出了FRED导通和关断期间的电流波形图。
图4 高须逆变坏机电原理图 
图4 高须逆变坏机电原理图
  FRED的其主要反向关断特性参数为:反向恢复时trr=ta+tb(ta-少数载流子在存储时间, ta-少数载流子复合时间);反向恢复峰值电流IRM;反向恢复电荷Qrr=1/2trr×IRM以及表示器件反向恢复曲线软度的软度因子S=tb/ta。而FRED的正向导通主要参数有:正向平均电流IF(AV);正向峰值电压UFM;正向均方根电流IF(RMS)以及正向(不重复)浪涌电流IFSM。FRED的反向阴断特性参数为:反向重复峰值电压URRM和反向重复峰值电流IRRM。必须指出反向恢复时间trr随着结温Tj的升高, 所加反向电压URRM的增高以及流过的正向电流IF(AV)的增大而增长, 而主要用来计算FRED的功耗和RC?;さ缏返姆聪蚧指捶逯档缌鱅RM和反向恢复电荷Qrr亦随结温Tj的升高而增大。因此, 在选用由FRED组成的“三相FRED整流桥开关???rdquo;时, 必须充分考虑这些参数的测试条件, 以便作必要的调整。这里值得提出的是目前的价格比普通整流二极管高, 但由于使用FRED使变频器的噪音大幅度降低(降低达15dB), 这将直接影响到变频器内EMI滤波电路的电容器和电感器的设计, 使它们的尺寸大大缩小和价格大幅度下降, 并使变频器更能符合EMI标准的要求。
图5  FRED导通和关断期间的电流波形图 
图5  FRED导通和关断期间的电流波形图
  此外, 在变频器中, 对充电限流电阻下进行短接的开关, 目前一般都采用机械接触器, 但由于环境的影响, 特别是在湿度大或带粉尘的环境下, 往往会使触头损坏, 另外接触器接通和断开时产生电弧, 致使接触器寿命缩短而损坏, 从而严重影响变频器的稳定可靠工作。为了解决上述存在的问题, 采用FRED替代普通整流二极管,采用晶闸管替代机械接触器, 制成如图所示的“三相整流桥开关???rdquo; , 这种??橛糜诒淦灯骱? 能使变频器性能大大提高、体积缩小、重量减轻、工作稳定可靠。



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