超快恢复二极管模块的制作和应用分析

佚名 发表于 2020-07-10 14:17:02 收藏 已收藏
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超快恢复二极管模块的制作和应用分析

佚名 发表于 2020-07-10 14:17:02
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众所周知,当前电子技术的发展方向是:应用技术高频化、硬件结构模块化、半导体器件智能化、控制技术数字化以及产品性能绿色化(对电网等无污染)。

模块化结构提高了产品的密集性、安全性和可靠性,同时也可降低装置的生产成本,缩短产品进入市场的周期,提高企业在市场中的竞争力。由于电路的连线已在模块内部完成,并采用与PCB一样可刻蚀出各种图形结构的陶瓷覆铜板(DBC板),因此,大大缩短了模块内元器件之间的连线,可实现优化布线和对称性结构的设计,使装置电路的寄生电感和电容值大大降低,有利于实现装置的高频化。此外,模块化结构与同容量分立器件结构相比,还具有体积小、重量轻、结构紧凑、连接线简单,便于维护和安装等优点,因而大大缩小变流装置的体积、降低装置的重量和成本,提高了装置的效率和可靠性。且模块的主电极端子、控制端子和辅助端子与模块铜底板之间具有2.5KV以上有效值的绝缘耐压,使之能与装置内各种不同模块共同安装在一个接地的散热器上,有利于装置体积的进一步缩小,简化装置的结构设计。

20世纪80年代初,绝缘栅双极晶体管(IBGT)、功率MOS场效应管(POWER MOSFET)和集成门极换流晶闸管(IGCT)的研制成功,并得到急剧发展和商品化,这不仅对电力电子变流器向高频化发展提供了坚实的器件基础,同时,也为用电设备高频化(20KHZ以上)和高频设备固态化、为高效、节电、节能、节材,为实现机电一体化、小型化、轻量化和智能化提供了重要技术基础。与此同时,给IGBT、功率MOSFET以及IGCT等开关器件配套的,且不可缺少的FRD和FRED器件也得到飞快发展。因为随着装置工作开关频率的提高,若没有FRD和FRED给高频变频装置的开关器件作续流、吸收、箝位、隔离、输入整流器和输出整流器的配套,那么IGBT、功率MOSFET和IGCT等高频开关器件就不能发挥它们应有功能和独特作用,这是由于FRED的关断特性参数(反向恢复时间trr、反向恢复电荷Qrr和反向峰值电流IRM)的作用所致,最佳和合适参数的FRED、作为续流二极管与高频开关器件协调工作,使高频逆变电路内因开关器件换流所引起的过电压尖峰,高频干扰电压以及EMI干扰可降至最低,也可降低功耗,使开关器件的功能得到充分的发挥。

超快恢复二极管模块(FRED)类型MEO,MEE,MEA和MEK(图1)是分立型DESEI向大电流的扩展,其特性不变。它可以用在所有MOSFET,IGBT或双极性达林顿管电路中,工作频率要高于1kHz。

如果要用几个分立二极管井联成小模块,换用这些模块可减小安装时间和设备尺寸。一般FRED可用作大电流的IGBT或积极性达林顿管的续流二极管,或用作电源和焊接机的快速整流管。下面是一系列超快恢复二极管模块(FRED)的应用。

超快恢复二极管模块的制作和应用分析

A. 用作拖动和UPS系统中单相或三相逆变器的续流二极管,采用PWM控制,开关频率高于1kHz(图1)。

超快恢复二极管模块的制作和应用分析

B. 用作开关电源或伺服驱动的续流二极管

(a)使用MOSFET和肖特基阻断二极管的对称全侨电路(图2a))

(b)使用MOSFET的正激变换器和直流电机驱动的不对称全桥图(图2b))

超快恢复二极管模块的制作和应用分析

C. 用作电源或焊接机的整流

全波整流电路(图4(a))中,根据负载电流的大小,可选择几个MEO模块并联。

共阴极拓朴(图4(b))中,根据负载电流的大小,可选择几个MEK模块井联。

共阳极拓朴(图4(c))中,根据负载电流的大小,可选择几个MEA模块并联。

全桥整流电路(图4(d))中,根据负载电流的大小,可选择几个MEE或MEO模块并联。

高压输出的全桥整流电路(图4(e))中,可使用两个MEE模块串联获得高阻断电压。

所有的超快恢复二极管模块(FRED)中连续直流电流IFAVM的数值是在散热器温度TS=65℃,结温TVJM=125℃(温差60℃)的条件下给出的。

如与别的产品比较,要确定两个模块的结芯与散热器温差相等,因为温差决定可流过的正向电流。

而且。超快恢复二极管模块(FRED)的电流定额和阻断损耗都是在TVJ=125℃和占空比d=50%条件下的。

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