三相超快恢复二极管整流桥开关模块

三相超快恢复二极管整流桥开关模块

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，缩短新产品进入市场的周期，提高企业的市场竞争力。由于电路的联线已在模块内部完成，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，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、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，且模块的主电极端子、控制端子和辅助端子与铜底板之间具有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。

1 模块的结构及特点

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，并作为整个模块的结构基础。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／℃，DBC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s一定弧度的焊成品，能在模块装置到散热器上时，使它们之间有充分的接触，从而降低模块的接触热阻，保证模块的出力。

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结是玻璃钝化保护，并在模块制作过程中再涂有RTV硅橡胶，并灌封有弹性硅凝胶和环氧树脂，这种多层保护使电力半导体器件芯片的性能稳定可靠。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钼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DBC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DBC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DBC基板上，这样使连线减少，模块可靠性提高。

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，并加有40％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。

3 主要技术参数及应用

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。

本公司生产的“三相FRED整流桥开关模块”(型号为MFST)的主要参数见表1。

2006年常州瑞华电力电子器件有限公司研发成功的“三相整流二极管整流桥开关模块”(型号为MDST)是由六个普通整流二极管和一个晶闸管组成，其内部电连接原理图如图1所示，它已广泛用于VVVT、SMPS、UPS、逆变焊机以及伺服电机驱动放大器等具有直流环节的变频装置，并已取得很大成效。用超快恢复二极管(FRED)替代普通整流管所构成的“三相FRED整流桥开关模块”(型号为MFST)亦可用于上述各种电压型变频器，但可大幅度降低变频器噪音达15dB，这一效应将直接影响到变频器的EMI滤波电路内电容器和电感器的设计，并使它们的尺寸大大缩小，从而降低装置的成本和缩小装置的体积，使变频器的性能提高，工作稳定可靠，使变频器更能满足国家EMI标准。而以晶闸管替代用以短路充电电阻的机械接触器，使变频器的工作寿命延长，工作更稳定更可靠。当前，虽然FRED要比普通整流管更贵，而且模块制作工艺亦将更复杂，但综合考虑分析上述优点，随着FRED芯片价格的进一步下降和模块制造工艺的进一步成熟和规模化生产，这种“三相FRED整流桥开关模块”将获得飞快发展和广泛的应用。

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