功率模组

功率模块或功率电子模块为多个功率元件（通常是功率半导体器件）提供物理封装。 这些功率半导体（所谓的管芯）通常焊接或烧结在承载功率半导体的功率电子基板上，在需要时提供电和热接触以及电绝缘。 与 TO-247 或 TO-220 等塑料外壳中的分立功率半导体相比，功率封装提供更高的功率密度，并且在许多情况下更可靠。

除了包含单个功率电子开关（如 MOSFET、IGBT、BJT、晶闸管、GTO 或 JFET）或二极管的模块外，经典功率模块还包含多个半导体管芯，这些管芯连接形成特定结构的电路，称为拓扑。 模块还包含其他组件，例如用于xxx限度减少开关电压过冲的陶瓷电容器和用于监控模块基板温度的 NTC 热敏电阻。 在模块中实现的广泛可用的拓扑示例包括：

• 开关（MOSFET、IGBT），带反并联二极管；
• 包含四个（1 相）或六个（3 相）二极管的桥式整流器
• 半桥（逆变器支路，带有两个开关及其对应的反并联二极管）
• H 桥（四个开关和相应的反并联二极管）
• 升压或功率因数校正（一个（或两个）开关与一个（或两个）高频整流二极管）
• ANPFC（具有两个开关及其对应的反并联二极管和四个高频整流二极管的功率因数校正支路）
• 三级 NPC（I 型）（具有四个开关及其相应的反并联二极管的多级逆变器支路）
• 三级 MNPC（T 型）（具有四个开关及其相应的反并联二极管的多级逆变器支路）
• 三级 ANPC（具有六个开关及其相应的反并联二极管的多级逆变器支路）
• 三级 H6.5 -（由六个开关（四个快速 IGBT/两个较慢的 IGBT）和五个快速二极管组成）
• 三相逆变器（六个开关和相应的反并联二极管）
• 电源接口模块 (PIM) -（由输入整流器、功率因数校正和逆变器级组成）
• 智能功率模块 (IPM) -（由功率级及其专用栅极驱动保护电路组成。也可以与输入整流器和功率因数校正级集成。）

除了传统的螺钉触点之外，模块与电力电子系统其他部分之间的电气连接还可以通过引脚触点（焊接到 PCB 上）、压入 PCB 过孔的压配触点、本身压在触点上的弹簧触点来实现 PCB 区域或通过将防腐蚀表面区域直接压在一起的纯压力接触。压接引脚实现了非常高的可靠性，并且无需焊接即可简化安装过程。 与压接连接相比，弹簧触点的优点是可以多次轻松且无损地拆除连接，例如检查或更换模块时。 由于横截面积和接触面较小，这两种接触类型的载流能力都相当有限。 因此，模块通常包含用于每个电源连接的多个销或弹簧。

目前研发的重点是降低成本、提高功率密度、提高可靠性和减少寄生集总元件。 这些寄生是电路部件之间不需要的电容和电路迹线的电感。 例如，如果模块作为逆变器运行，两者都会对模块的电磁辐射 (EMR) 产生负面影响。

与寄生效应相关的另一个问题是它们对功率半导体的开关行为和开关损耗的负面影响。 因此，制造商致力于xxx限度地减少其模块的寄生元件，同时保持低成本并保持其模块与第二来源（其他制造商）模块的高度互换性。优化的另一个方面是所谓的热路径 热源（模具）和散热器。 热量必须通过不同的物理层，如焊料、DCB、底板、热界面材料 (TIM) 和散热器主体，直到它被传递到气态介质（如空气）或流体介质（如水） 或油。 由于现代碳化硅功率半导体表现出更大的功率密度，因此对传热的要求越来越高。