#1机凝结水泵变频器功率单元损坏事件分析报告
一、事件经过
XXXX年XX月XX日#1机凝结水泵变频器报故障，凝结水泵1B由工频备用切换为运行状态，运行人员立即通知当日值班人员进行检查，并将凝结水泵1A切换为工频备用，将凝结水泵变频器隔离。设备部电气二次专业立即办理电气一种工作票，在运行人员完成安全措施后，进行变频器的检查。在测量功率单元输出侧阻值时发现，功率单元U4,U5,V5这三个单元的正反测量阻值与其他单元的阻值相差巨大。随后打开后柜门检查发现对应的三个模块阻容吸收回路的铝板烧断和变形，如下图所示：
U4单元U5单元
V5单元烧断后掉落铝板
联系厂家到厂对其他12个模块进行了进一步的检查，其他模块的测量参数正常。目前损坏的单元需要返厂维修，华北院联系厂家尽快排产功率单元，持续跟踪功率单元到厂时间。
二、原因分析
1、模块IGBT烧坏的主要原因是由于变频器散热效果不好，单元测温设计的测温点无法准确的测量出IGBT模块的最高温度，控制系统无法可靠保护IGBT模块。
2、功率模块的铝板没有设计绝缘护套，而且铝板间的绝缘间距较小，如果积灰严重，积灰中的导电粉尘含量较大时会导致绝缘间距变小，正负铝板相当短路放电，大电流冲击导致铝板变形熔断。
三、防范措施
1、由于该类型变频器对于环境要求较高，厂家强烈建议将目前的风道散热方式，改为在室内加装三台10匹（7500W）空调，并将风道和进风窗户进行封堵。可以最大限度的保证粉尘尽可能少的进入变频器内部，也可以较小后期维护量，极大的降低变频器故障率。
2、做好定期工作，每周对凝结水泵变频器的滤网进行更换清洗。每月对进风窗户上的滤网进行清理，并保证室内环境干燥清洁。
3、采购充足数量的备件，在变频器发生故障且明确故障点后可以及时进行更换，保证系统快速恢复运行。
功率模块封装结构及其技术 摘要：本文从封装角度评估功率电子系统集成的重要性。文中概述了多种功率模块的封装结构形式及主要研发内容。另外还讨论了模块封装技术的一些新进展以及在功率电子系统集成中的地位和作用。 1 引言 功率（电源或电力）半导体器件现有两大集成系列，其一是单片功率或高压集成电路，英文缩略语为PIC或HI VC，电流、电压分别小于10A、700V的智能功率器件/电路采用单片集成的产品日益增多，但受功率高压大电流器件结构及制作工艺的特殊性，弹片集成的功率/高压电路产品能够处理的功率尚不足够大，一般适用于数十瓦的电子电路的集成；另一类是将功率器件、控制电路、驱动电路、接口电路、保护电路等芯片封装一体化，内部引线键合互连形成部分或完整功能的功率模块或系统功率集成，其结构包括多芯片混合IC封装以及智能功率模块IPM、功率电子模块PEBb、集成功率电子模块等。功率模块以为电子、功率电子、封装等技术为基础，按照最优化电路拓扑与系统结构原则，形成可以组合和更换的标准单元，解决模块的封装结构、模块内部芯片及其与基板的互连方式、各类封装（导热、填充、绝缘）的选择、植被的工艺流程的国内许多问题，使系统中各种元器件之间互连所产生的不利寄生参数少到最小，功率点楼的热量更易于向外散发，其间更能耐受环境应力的冲击，具有更大的电流承载能力，产品的整体性能、可能性、功率密度得到提高，满足功率管理、电源管理、功率控制系统应用的需求。 2 功率模块封装结构 功率模块的封装外形各式各样，新的封装形式日新月异，一般按管芯或芯片的组装工艺及安装固定方法的不同，主要分为压接结构、焊接结构、直接敷铜DBC基板结构，所采用的封装形式多为平面型以及，存在难以将功率芯片、控制芯片等多个不同工艺芯片平面型安装在同一基板上的问题。为开发高性能的产品，以混合IC封装技术为基础的多芯片模块MCM封装成为目前主流发展趋势，即重视工艺技术研究，更关注产品类型开发，不仅可将几个各类芯片安装在同一基板上，而且采用埋置、有源基板、叠层、嵌入式封装，在三维空间内将多个不同工艺的芯片互连，构成完整功能的模块。 压接式结构延用平板型或螺栓型封装的管芯压接互连技术，点接触靠内外部施加压力实现，解决热疲劳稳定性问题，可制作大电流、高集成度的功率模块，但对管芯、压块、底板等零部件平整度要求很高，否则不仅将增大模块的接触热阻，而且会损伤芯片，严重时芯片会撕裂，结构复杂、成本高、比较笨重，多用于晶闸管功率模块。焊接结构采用引线键合技术为主导的互连工艺，包括焊料凸点互连、金属柱互连平行板方式、凹陷阵列互连、沉积金属膜互连等技术，解决寄生参数、散热、可靠性问题，目前已提出多种实用技术方案。例如，合理结构和电路设计二次组装已封装元器件构成模块；或者功率电路采用芯片，控制、驱动电路采用已封装器件，构成高性能模块；多芯片组件构成功率智能模块。DBC基板结构便于将微电子控制芯片与高压大电流执行芯片密封在同一模块之中，可缩短或减少内部引线，具备更好的热疲劳稳定性和很高的封装集成度，DBC通道、整体引脚技术的应用有助于MCM的封装，整体引脚无需额外进行引脚焊接，基板上有更大的有效面积、更高的载流能力，整体引脚可在基板的所有四边实现，成为MCM功率半导体器件封装的重要手段，并为模块智能化创造了工艺条件。
新型结构IGBT功率模块—flowPHASE lowPHASE、变频器、寄生电感 1 引言 在中大功率变频器的设计中，IGBT模块已经得到越来越广泛的应用。但由于现有IGBT模块继承了以前大功率晶闸管的结构特点，仍然采用螺栓式的连接方法。造成的问题一是寄生电感大，EMI问题严重；二是由于必须通过铜排进行连接，成本高。 泰科电子（Tyco）针对以上问题，推出了新型结构的IGBT功率模块：flowPHASE 0，如图1所示。它是基于Power flow的设计理念进行设计，寄生电感小，而且非常方便布线；另外在结构设计上继续采用Clip in技术，使得电路板，功率模块和散热器的连接更加简单可靠。flowPHASE 0家族的模块是半桥结构，现有产品可以覆盖变频器15kW到30kW的应用。 图1 flowPHASE 0 IGBT模块示意图 2 PCB布线 对于模块本身的设计,结构的紧凑性很重要,但是更重要的是如何合理的布局模块的管脚。泰科flowPHASE 0模块在结构布局上具有以下特点,如图2所示。 图2 全桥逆变使用示意图 ● 模块内部电流流距短； ● 模块内部强弱电隔离分布； ● 在模块内部芯片布局时，综合考虑了外部PCB布线的简易性； ● 模块符合UL认证标准。
这些特点使得模块在实际应用时具有以下优点： ● 功率线短，方便布线且寄生电感小； ● 只要两层电路板就可以满足要求； ● 输入，输出功率线没有交叉，电磁兼容性好； ● 门极驱动管脚靠近驱动电路，驱动特性好； ● 使得变频器紧凑结构设计成为可能。 3 寄生电感 在高频应用场合中，寄生电感是造成IGBT关断过电压，关断损耗增加的罪魁祸首。因为在关断IGBT 时，由于电流突变，会在寄生电感上感应出一个电压。这个电压叠加在直流母线电压上造成关断电压尖峰，具体原理如下式所示： VCE(peak)=VCE+L×di/dt 其中寄生电感L是直流母线上电流流过IGBT所包围的面积的等效电感，如下图3所示。 图3 寄生电感示意图 所以对于变频器设计者来说，如何有效降低回路中的寄生电感就显得非常重要。flowPHASE 0模块由于按照Power flow的设计理念进行设计，模块内部寄生电感小。另外它的结构特点使得用户可以在PCB正反两面叠加布置直流母线，这样可以大大降低直流母线电压正负端的距离，从而减小回路面积，降低模块外部寄生电感。 4 热特性 考虑到模块应用上的高功率密度，模块内部使用了直接铜熔结（DCB-Direct Copper Bonding）陶瓷基板。对于通用型模块，flowPHASE 0使用了三氧化二铝（Al2O3）陶瓷基板，对于高性能产品，使用了氮化铝（AlN）陶瓷基板，它的导热性能要比Al2O3好五倍以上。 为了降低整个IGBT模块的功率损耗，模块内部使用了最新的低损耗型沟槽栅场终止芯片。另外由于flowPHASE 0是半桥结构模块，通过分散放置，可以有效降低中心热点的温度，改善模块的热特性，最大化的利用散热器，具体如图4所示。
我主要写的是应用场合及功能介绍 罗宾康高压变频器介绍 一、产品介绍 1、罗宾康系列变频调速系统特点 1.1高效率、无污染、高功率因数 第宾康系列高压变频调速系统采用的是功率单元串联的高-高方案，采用了多绕组高压 移相变压器，二次侧绕组中流过的电流，在变压器一次侧叠加时，形成非常逼近正弦波的电流波形。经 过实际测试，50Hz运行时，网侧电流谐波<2 %，电机侧输岀电压谐波 <1.5 % （即使在40Hz时，仍然<2 % ），成套装置的效率>97 %，功率因数>0.96。完全满足了 IEEE519 —1992对电压、电流谐波含量的要求； *通过采用自主开发的专用PWM空制方法，比同类的其它方法可进一步降低输岀电压 谐波1?2% 。1.2先进的故障单元旁路运行（专业核心技术） *为了提高系统的可靠性，整个变频调速系统中考虑了一定的输出电压裕量，并在各功率单元中增加了旁路电路。当某个功率单元岀现故障时，可以自动监测故障并启动旁路电路，使得该单元不再投入运行，同时程序会自动进行运算，调整算法，使得输出的三个线电压仍然完全对称，电机的运行不受任何影响； *以6kV高压变频调速系统为例，每相有6个单元时，预置好参数，当某一相中有2 个功率单元岀现故障时，故障单元将自动旁路，系统仍然可以满负荷运行；即使某一相中所有6个单元 故障，全部被旁路，系统输岀容量仍可高达额定容量的57.7 %。这种控 制方法处于国际先进，国内领先水平，将大大提高系统的可靠性。 .3高性能的控制技术 *罗宾康系列高压变频调速系统率先实现了简易矢量控制技术，可以实现恒转矩快速动态响应，并且具有加、减速自适应功能，即可根据运行工控参数的实际情况，自动调整加、减速时间，在不超过最大允许电流的情况下，快速达到设定频率或转速。同时，系统可以自动识别电机转速，用户可以不考虑电机目前的运行状态，电机不需要停止运行时，可直接实现电机的启动、加速、减速或停止操作； *罗宾康系列高压变频调速系统还可以实现反馈能量自动限制功能。 1.4高可靠性 *控制电源可实现外部220V供电和高压电源辅助供电双路电源自动切换，同时配置了UPS即使两路电 源都岀现故障时，控制系统仍然可以工作足够长的时间，控制整个系统安全停机，发岀报警，并记录故障时的所有状态参数； *高压主电路与低压控制电路采用光纤传输，安全隔离，使得系统抗干扰能力强； ?当单元故障数目超过设定值，系统可自动切换到工频运行（自动旁路柜）； ?移相变压器有完善的温度监控功能；
#1机凝结水泵变频器功率单元损坏事件分析报告 一、事件经过 XXXX年XX月XX日#1机凝结水泵变频器报故障，凝结水泵1B由工频备用切换为运行状态，运行人员立即通知当日值班人员进行检查，并将凝结水泵1A切换为工频备用，将凝结水泵变频器隔离。设备部电气二次专业立即办理电气一种工作票，在运行人员完成安全措施后，进行变频器的检查。在测量功率单元输出侧阻值时发现，功率单元U4,U5,V5这三个单元的正反测量阻值与其他单元的阻值相差巨大。随后打开后柜门检查发现对应的三个模块阻容吸收回路的铝板烧断和变形，如下图所示： U4单元U5单元
V5单元烧断后掉落铝板 联系厂家到厂对其他12个模块进行了进一步的检查，其他模块的测量参数正常。目前损坏的单元需要返厂维修，华北院联系厂家尽快排产功率单元，持续跟踪功率单元到厂时间。 二、原因分析 1、模块IGBT烧坏的主要原因是由于变频器散热效果不好，单元测温设计的测温点无法准确的测量出IGBT模块的最高温度，控制系统无法可靠保护IGBT模块。 2、功率模块的铝板没有设计绝缘护套，而且铝板间的绝缘间距较小，如果积灰严重，积灰中的导电粉尘含量较大时会导致绝缘间距变小，正负铝板相当短路放电，大电流冲击导致铝板变形熔断。 三、防范措施 1、由于该类型变频器对于环境要求较高，厂家强烈建议将目前的风道散热方式，改为在室内加装三台10匹（7500W）空调，并将风道和进风窗户进行封堵。可以最大限度的保证粉尘尽可能少的进入变频器内部，也可以较小后期维护量，极大的降低变频器故障率。
2、做好定期工作，每周对凝结水泵变频器的滤网进行更换清洗。每月对进风窗户上的滤网进行清理，并保证室内环境干燥清洁。 3、采购充足数量的备件，在变频器发生故障且明确故障点后可以及时进行更换，保证系统快速恢复运行。
(完整)功率模块封装结构及其技术 编辑整理： 尊敬的读者朋友们： 这里是精品文档编辑中心，本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布的，发布之前我们对文中内容进行仔细校对，但是难免会有疏漏的地方，但是任然希望（(完整)功率模块封装结构及其技术）的内容能够给您的工作和学习带来便利。同时也真诚的希望收到您的建议和反馈，这将是我们进步的源泉，前进的动力。 本文可编辑可修改，如果觉得对您有帮助请收藏以便随时查阅，最后祝您生活愉快业绩进步，以下为(完整)功率模块封装结构及其技术的全部内容。
功率模块封装结构及其技术 摘要：本文从封装角度评估功率电子系统集成的重要性。文中概述了多种功率模块的封装结构形式及主要研发内容。另外还讨论了模块封装技术的一些新进展以及在功率电子系统集成中的地位和作用。 1 引言 功率（电源或电力）半导体器件现有两大集成系列，其一是单片功率或高压集成电路,英文缩略语为PIC或HIVC,电流、电压分别小于10A、700V的智能功率器件/电路采用单片集成的产品日益增多，但受功率高压大电流器件结构及制作工艺的特殊性，弹片集成的功率/高压电路产品能够处理的功率尚不足够大，一般适用于数十瓦的电子电路的集成；另一类是将功率器件、控制电路、驱动电路、接口电路、保护电路等芯片封装一体化，内部引线键合互连形成部分或完整功能的功率模块或系统功率集成，其结构包括多芯片混合IC封装以及智能功率模块IPM、功率电子模块PEBb、集成功率电子模块等。功率模块以为电子、功率电子、封装等技术为基础，按照最优化电路拓扑与系统结构原则，形成可以组合和更换的标准单元，解决模块的封装结构、模块内部芯片及其与基板的互连方式、各类封装(导热、填充、绝缘）的选择、植被的工艺流程的国内许多问题,使系统中各种元器件之间互连所产生的不利寄生参数少到最小，功率点楼的热量更易于向外散发，其间更能耐受环境应力的冲击,具有更大的电流承载能力,产品的整体性能、可能性、功率密度得到提高,满足功率管理、电源管理、功率控制系统应用的需求。 2 功率模块封装结构 功率模块的封装外形各式各样，新的封装形式日新月异，一般按管芯或芯片的组装工艺及安装固定方法的不同，主要分为压接结构、焊接结构、直接敷铜DBC基板结构，所采用的封装形式多为平面型以及，存在难以将功率芯片、控制芯片等多个不同工艺芯片平面型安装在同一基板上的问题。为开发高性能的产品，以混合IC封装技术为基础的多芯片模块MCM封装成为目前主流发展趋势，即重视工艺技术研究，更关注产品类型开发,不仅可将几个各类芯片安装在同一基板上,而且采用埋置、有源基板、叠层、嵌入式封装,在三维空间内将多个不同工艺的芯片互连，构成完整功能的模块. 压接式结构延用平板型或螺栓型封装的管芯压接互连技术，点接触靠内外部施加压力实现，解决热疲劳稳定性问题，可制作大电流、高集成度的功率模块,但对管芯、压块、底板等零部件平整度要求很高，否则不仅将增大模块的接触热阻，而且会损伤芯片，严重时芯片会撕裂,结构复杂、成本高、比较笨重，多用于晶闸管功率模块。焊接结构采用引线键合技术为主导的互连工艺，包括焊料凸点互连、金属柱互连平行板方式、凹陷阵列互连、沉积金属膜互连等技术，解决寄生参数、散热、可靠性问题，目前已提出多种实用技术方案。例如，合理结构和电路设计二次组装已封装元器件构成模块；或者功率电路采用芯片，控制、驱动电路采用已封装器件，构成高性能模块;多芯片组件构成功率智能模块。 DBC基板结构便于将微电子控制芯片与高压大电流执行芯片密封在同一模块之中，可缩短或减少内部引线，具备更好的热疲劳稳定性和很高的封装集成度，DBC通道、整体引脚技术的应用有助于MCM的封装，整体引脚无需额外进行引脚焊接，基板上有更大的有效面积、更高的载流能力,整体引脚可在基板的所有四边实现,成为MCM功率半导体器件封装的重要手段，并为模块智能化创造了工艺条件.
变频器逆变模块损坏故障处理技巧 变频器逆变模块损坏多半是由于驱动电路损坏致使1个桥臂上的2个开关器件同一时间导通所造成的。变频器逆变功率模块损坏是不管在矢量变频器还是节能变频器等其他变频设备上常见到的故障，解决这种问题只有查到损坏的根本原因，并首先消除再次损坏的可能，才能更换逆变模块，否则换上去的新模块会再损坏。 一、判断 逆变功率模块主要有IGBT、IPM等，检查外观是否已炸开，端子与相连印制板是否有烧蚀痕迹。用万用表查C-E、G-C、G-E是否已通，或用万用表测P对U、V、W和N对U、V、W 电阻是否有不一致，以及各驱动功率器件控制极对U、V、W、P、N的电阻是否有不一致，以此判断是哪一功率器件损坏。 二、损坏原因查找 ⑴ 器件本身质量不好。 ⑵ 外部负载有严重过电流、不平衡，电动机某相绕阻对地短路，有一相绕阻内部短路，负载机械卡住，相间击穿，输出电线有短路或对地短路。 ⑶ 负载上接了电容，或因布线不当对地电容太大，使功率管有冲击电流。 ⑷ 用户电网电压太高，或有较强的瞬间过电压，造成过电压损坏。 ⑸ 机内功率开关管的过电压吸收电路有损坏，造成不能有效吸收过电压而使IGBT损坏，如下图所示。 ⑹滤波电容因日久老化，容量减少或内部电感变大，对母线的过压吸收能力下降，造成母线上过电压太高而损坏IGBT。正常运行时母线上的过电压是逆变开关器件脉冲关断时，母线回路的电感储能转变而来的。 ⑺IGBT或IPM功率器件的前级光电隔离器件因击穿导致功率器件也击穿，或因在印制板隔离器件部位有尘埃、潮湿造成打火击穿，导致IGBT、IPM损坏。 ⑻不适当的操作，或产品设计软件中有缺陷，在干扰和开机、关机等不稳定情况下引起上下两功率开关器件瞬间同时导通。 ⑼雷击、房屋漏水入侵，异物进入、检查人员误碰等意外。 ⑽经维修更换了滤波电容器，因该电容质量不好，或接到电容的线比原来长了，使电感量增加，造成母线过电压幅度明显升高。 ⑾前级整流桥损坏，由于主电源前级进入了交流电，造成IGBT、IPM损坏。 ⑿修理更换功率模块，因没有静电防护措施，在焊接操作时损坏了IGBT。或因修理中散热、紧固、绝缘等处理不好，导致短时使用而损坏。 ⒀并联使用IGBT，在更换时没有考虑型号、批号的一致性，导致各并联元件电流不
功率单元基本原理及常见故障分析 第一部分 功率单元基础知识及基本原理 一、功率单元基础知识 1．什么是功率单元 功率单元是使用功率电力电子器件进行整流、滤波、逆变的高压变频器部件。 功率单元是构成高压变频器主回路的主要部分。 2．我公司功率单元的型号定义 PC ××× 罗马数字： IGBT 的额定电流值 功率单元（英文Power Cell 的简写 ） 例如：PC100表示配置IGBT 额定电流为100A 的功率单元。 3. 功率单元上主要电力电子器件简介 1）整流桥 其作用是整流（将交流变成直流）。我公司使用的整流桥内部封装形式有以下两种，图1所示的封装内部有6只整流二极管，用在功率单元的三相输入端；图2所示的封装内部有2只整流二极管，用在功率单元的三相输入端以及旁通回路中。 目前我公司使用的整流桥品牌有： Semikron 、Eupec ； 使用的整流桥电压等级有：1400V 、1800V ； 例如：SKD62/18、SKKD260/14。 2）可控硅 图2 封装2只整流二极管的整流桥模块 图1 封装6只整流二极管的整流桥模块
可控硅使用在充电电路和旁通回路上，均起“开关”作用。我公司使用的可控硅内部封装形式如图3所示： 目前我公司使用的可控硅品牌有：Semikron ； 使用的可控硅电压等级有：1400V 、1800V ； 例如：SKKH57/18E 、SKKT210/14E 。 3）电解电容 其作用是对整流桥整流后的直流进行滤波。 目前我公司使用的电解电容品牌有：NICHICON （日本）、BHC （英国）、CDE （美国）。 使用的电压等级有： 400V 。 使用的容量有3300uF 、6800uF 、10000uF 。 4) IGBT 其作用是逆变（将直流变为交流）。我公司目前使用的IGBT 大部分为“双管”（内部封装了两组IGBT 模块），内部封装示意图如图4所示： 目前我公司使用的IGBT 品牌有：Eupec 、Semikron ； 使用的IGBT 电压等级有：1200V 、1700V ； 使用的IGBT 电流等级有：75A 、100A 、150A 、200A 、300A 、400A 等； 例如：BSM100GB170DLC 、FF400R12KE3。 二、功率单元拓扑结构 1．主回路拓扑结构 如图5所示。 图4 IGBT 模块封装示意图 图3 可控硅模块
现代功率模块及器件应用技术(1)-IGBT和MOSFET功率模块 0 引言 最近20年来，功率器件及其封装技术的迅猛发展，导致了电力电子技术领域的巨大变化。当今的市场要求电力电子装置要具有宽广的应用范围、量体裁衣的解决方案、集成化、智能化、更小的体积和重量、效率更高的芯片、更加优质价廉、更长的寿命和更短的产品开发周期。在过去的数年中已有众多的研发成果不断提供新的、经济安全的解决方案，从而将功率模块大量地引入到一系列的工业和消费领域中。 因此，有必要就功率模块的应用技术，如选型、驱动、保护、冷却、并联和串联以及软开关电路等，进行一次全面的系列介绍。 1 IGBT和MOSFET功率模块 1.1 应用范围 如图1所示，当前众多的电力电子电路可由功率MOSFET或IGBT来实现。从上世纪80年代开始，它们先后出现于市场。与传统的晶闸管相比，它们具有一系列的优点，如可关断的特性（包括在短路状态下）、不需要缓冲网络、控制单元简单、开关时间短、开关损耗低等。
图1 功率半导体的应用范围 现在，电力电子技术不断地渗透到新的应用领域中，这首先归功于IGBT和功率MOSFET的迅速发展。同时，它们的应用在其现有的领域内也在不断地深化。数年前，高耐压双极型功率晶体管还被广泛地应用着。而现在只能在少数例外情况下发现它的踪影，其位置已几乎完全被IGBT所取代。 在电流达数十A或以上的应用中，功率MOSFET及IGBT大多为含有硅芯片的绝缘式功率模块。这些模块含有一个或数个晶体管单元，以及和晶体管相匹配的二极管（续流二极管），某些情况下还含有无源元件和智能部分。 虽然功率模块存在仅能单面冷却的缺点，但它还是被广泛地应用于大功率电力电子技术中，与同期问世的平板式IGBT/二极管器件一争高低。尽管平板式器件在双面冷却的条件下可以多散发约30％的热损耗，但功率模块仍然受到用户广泛的欢迎。其原因除了安装简易外，还在于模块的芯片和散热器之间的绝缘、其内部多个不同元器件的可组合性、以及由于大批量生产而导致的低成本。 在当今的市场上，尽管各种有竞争性的功率器件都在不断地发展，但是IGBT模块却稳稳胜出，它的功率范围也在不断延伸。目前生产的IGBT模块已具有了65kV、4.6kV、3.3kV和2.5kV的正向阻断电压。以此为基础，MW 级的、电压至6kV的变流器（采用IGBT串联的电路）已经出现。 另一方面，MOSFET则被应用于越来越高的频率范围。今天，使用合适的电路拓扑与封装技术，已经可以在500kHz 以上实现较大的电流。 IGBT和MOSFET模块已经成为集成电子系统的基本器件，同时也正在成为集成机电系统的基本器件。 1.2 结构和基本功能 下面所述的功率MOSFET和IGBT均指n沟道增强型，因为，它代表了构成功率模块的晶体管的主流。 在一个正向的驱动电压作用下，一块p导通型的硅材料会形成一个导电的沟道。这时，导电的载流子为电子（多子）。在驱动电压消失后，该器件处于截止状态（自截止）。 在大多数情况下，人们采用图2和图4所示的垂直式结构。在这里，栅极和源极（MOSFET）或发射极（IGBT）均位于芯片上表面，而芯片底面则构成了漏极（MOSFET）或集电极（IGBT）。负载电流在沟道之外垂直通过芯片。 在图2所示的功率MOSFET和图4所示的IGBT具有平面式栅极结构，也就是说，在导通状态下，导电沟道是横向的（水平的）。 平面栅极（在现代高密度晶体管中更发展为双重扩散栅极）仍是目前功率MOSFET和IGBT中占统治地位的栅极结构。 平面式MOSFET和IGBT结构是从微电子技术移植而来的，其漏极或集电极由n＋（MOSFET）或p＋（IGBT）井区构成，位于芯片表面。负载电流水平地流经芯片。借助于一个氧化层，n区可以与衬底相互隔离，从而有可能将多个相互绝缘的MOSFET或IGBT与其他结构一起集成于一个芯片之上。 由于平面式晶体管的电流密度仅能达到垂直式结构的30％，因而明显地需要更多的安装面积，所以，它们主要被用在复杂的单芯片电路中。 从构造上来看，功率MOSFET（图2）以及IGBT（图4）由众多的硅微单元组成。每cm2芯片上的单元数可达8.2×105（最新的耐压为60V的MOSFET）以及1×105（高耐压IGBT）。 图2、图4显示了MOSFET和IGBT具有相似的控制区结构。 n－区在截止状态下构成空间电荷区。p导通井区被植入其内，它在边缘地带的掺杂浓度较低（p－），而在中心地带则较高（p＋）。
变频器一体化功率模块的局部修复 一、概述： 一体化功率模块，又称为集成式模块，通常是指小功率（15kW 以下）变频器机型中，其整流与逆变主电路，常采用模块形式封装的功率模块。变频器的主电路，是由一只功率模块构成的。 这类模块就造价昂贵，动辄几百元，有的甚至上千元，如智能化IPM 功率模块。但一般损坏后，虽只是损坏了其中的部分电路，但往往以整体更换为多。在电路发生局部损坏后，将模块废弃确实有些可惜。进行局部修复与代换，显然会大大降低维修成本。本人在数年前即从事过这类一体化模块的局部性修复，有几例是较为成功的，但也有数例是失败的——最终还是又更换了一体化模块。 这种修复方法，我又称之为“省钱的修理方法”，乍看来，确实是大幅度降低了维修成本，形成了较大的利润空间。但实际操作起来，牵扯到方方面面的问题，具有一定的操作难度，也就是我说过的，只能将其作为应急修复手段，并不积极提倡与推广的原因。 降低元件性能指标下的“省钱”的修理，只图一时的低成本，但埋下了更大的故障隐患，是要不得的。储能电容器，单、双管式逆变、整流模块的损坏，坏一只，换一只，也谈不到省钱。CPU 主板尤其是CPU 本身局部引脚电路的损坏，采取变通手段应急修复之，最好是在不降低电路性能的前提下进行修复，则也不失为“省钱修复”的好方法。整流或逆变电路的局部性损坏，是不是可用分立元件取代，达到降低维修成本的要求？以我个人的维修经验来看，尚不能给出一个明确的结论。 修复损坏严重（模块坏掉）的机器，须事先与用户沟通，最好还是用原器件来修复。如出于维修成本考虑，用分立元件来代用模块，必须先与用户达成共识。 想到用省钱的方法修复集成型模块，是在几年前阅读一本电磁炉维修的书籍时联想到的。用于电磁炉的一些集成整流器件和IGBT 管子，其高耐压、大电流特性完全可应用于对变频器集成模块局部损坏的修复。此后，我购买了一些整流桥和IGBT 管子等元件，将变频器15kW 以下的机型做了几例修复试验，发现7.5kW 以下变频器的修复成功率较高，较大功率机型，可能由于购买的IGBT 的参数一致性较差，尤其是导通内阻较大。修复后，变频器空、轻载运转正常，但带载时会出现输出偏相、电动机跳动和易跳OC 故障等现象。所以此类修复以1.5—7.5kW 小功率机型为宜。电磁炉的配件中，整流桥IS2510，额定电流25A ，反向耐压1000V ，全塑封，可涂覆导热硅脂后，直接攻丝（或用￠2。5mm 的钻头打孔，用￠3mm 的螺纹钉直接旋入）固定在模块散热器上；IGBT 管子25N120，额定电流25A ，反向耐压1200V 。安装时须在管子与散热器之间加装绝缘片。整流器与IGBT 管子引脚图如下： + -AC AC IS2510 25N120 G D S + -G 图1 电磁炉功率配件引脚图 说明一下，本文只是提出这样一个模块修复方法，供维修中的参考，并不积极提倡集成模块的局部修复，因其有一定的操作难度和较高的返修率，因模块局部损坏，是否会牵连到其它电路，模块内部是
电子知识 为了充分发掘系统层面的设计优势，以往主要集中在大功率应用的三电平中点钳位(NPC)拓扑电路近来也开始出现在中、小功率应用中。低电压器件改进后的频谱性能和更低的开关损耗，使得UPS系统或太阳能逆变器等需要滤波器的产品受益匪浅。迄今为止，为了实现三电平电路，只能通过采用分立式器件或至少将三个模块结合在一起。现在，采用针对较高击穿电压的芯片技术，通过将三电平桥臂集成到单独模块中，再配上驱动电路，就能够使得这种拓扑在新的应用中更具吸引力。 三电平NPC拓扑的工作原理 在三电平NPC的拓扑中，每一个桥臂由四个带反并二极管的IGBT以串联的方式连接，另外再配上两个二极管DH和DL，将它们中间节点连接到直流母线的中性点。其中所采用的所有功率半导体都具备相同的击穿电压。根据输出电压和电流的特点，一个周期的基频输出有四个不同续流工作状态。 图1. 三电平NPC中某一个桥臂的换流回路。a) 短换流回路； b) 长换流回路 从图1a可以看出，电压和电流处于正方向，T1和DH组成了BUCK电路的工作方式，而T2则以常通的方式输出电流。而电压和电流处于负向期间，T4与DB 组成了BOOST电路的工作方式，T3以常通方式输出电流。在上述两种情况下，换流只有发生在两个器件中，我们称之为短续流。然而当输出电流为负向而电压为正向的情况下，流过T3和DB的电流必须如图1b)所示换相至D2和D1。这种换流涉及到四个器件，因此称之为长换流回路。在其它情况下，会存在另一个长换流路径。在设计三电平变换器时，如何控制好长换流回路的杂散电感和过压问题，是设计人员所要面临的又一挑战。
图2 EasyPACK 2B封装 针对三电平NPC拓扑的最新IGBT模块 虽然总共集成4个IGBT和6个二极管的IGBT模块并不适用于高功率产品，但是只要功率范围一定，并且控制管脚数允许采用标准封装，它是可以适用于中、小功率产品的。 图3 EconoPACK 4 封装 对于小功率产品而言，如图3所示的EasyPACK 2B封装具备足够的DBC面积来集成一个完整的150A三电平模块桥臂。由于可在给定的栅格内任意布臵管脚，这些管脚即可以作为功率端子也可作为控制端子，因此这个封装可提供非常理想的连接方式。这种封装可提供辅助发射极端子，可确保IGBT的高速开关。对于电源端子而言，最多可采用8个端子并联，确保获得所需的额定电流以及降低杂散电感和PCB热量。 对于中功率的产品，全新推出的EconoPACK 4封装提供了一种理想选择，它可集成三电平中所有功率器件。右边的三个功率端子用来把直流母线分开，为三电平逆变器带来极低的寄生电感，与它相对的两个功率端子并联起来作为每一个桥臂的输出端子。在模块封装的两侧是控制引脚，PCB驱动板可以通过这些端子直接连接。这种封装的三电平模块中的桥臂的最高电流高达300A。 就降低杂散电感而言，将一个三电平相桥臂的所有器件集成至一个模块，是一种很有前景的解决方案。然而，很明显仅600V 的器件耐压使它很难满足典型应用，原因在于：母线电压的均压不理想，而且600 V器件开关速度太快。 为了使设计更加容易并且确保器件在应用中具有更高的裕量，这些模块采用了增强型IGBT和二极管芯片，耐压达到650V。这些新的芯片与众所周知的600V IGBT3器件一样，具有相同
功率模块封装工艺 摘要：本文从封装角度评估功率电子系统集成的重要性。文中概述了多种功率模块的封装结构形式及主要研发内容。另外还讨论了模块封装技术的一些新进展以及在功率电子系统集成中的地位和作用。 1 引言 功率（电源或电力）半导体器件现有两大集成系列，其一是单片功率或高压集成电路，英文缩略语为PIC或HI VC，电流、电压分别小于10A、700V的智能功率器件/电路采用单片集成的产品日益增多，但受功率高压大电流器件结构及制作工艺的特殊性，弹片集成的功率/高压电路产品能够处理的功率尚不足够大，一般适用于数十瓦的电子电路的集成；另一类是将功率器件、控制电路、驱动电路、接口电路、保护电路等芯片封装一体化，内部引线键合互连形成部分或完整功能的功率模块或系统功率集成，其结构包括多芯片混合IC封装以及智能功率模块IPM、功率电子模块PEBb、集成功率电子模块等。功率模块以为电子、功率电子、封装等技术为基础，按照最优化电路拓扑与系统结构原则，形成可以组合和更换的标准单元，解决模块的封装结构、模块内部芯片及其与基板的互连方式、各类封装（导热、填充、绝缘）的选择、植被的工艺流程的国内许多问题，使系统中各种元器件之间互连所产生的不利寄生参数少到最小，功率点楼的热量更易于向外散发，其间更能耐受环境应力的冲击，具有更大的电流承载能力，产品的整体性能、可能性、功率密度得到提高，满足功率管理、电源管理、功率控制系统应用的需求。 2 功率模块封装结构 功率模块的封装外形各式各样，新的封装形式日新月异，一般按管芯或芯片的组装工艺及安装固定方法的不同，主要分为压接结构、焊接结构、直接敷铜DBC基板结构，所采用的封装形式多为平面型以及，存在难以将功率芯片、控制芯片等多个不同工艺芯片平面型安装在同一基板上的问题。为开发高性能的产品，以混合IC封装技术为基础的多芯片模块MCM封装成为目前主流发展趋势，即重视工艺技术研究，更关注产品类型开发，不仅可将几个各类芯片安装在同一基板上，而且采用埋置、有源基板、叠层、嵌入式封装，在三维空间内将多个不同工艺的芯片互连，构成完整功能的模块。 压接式结构延用平板型或螺栓型封装的管芯压接互连技术，点接触靠内外部施加压力实现，解决热疲劳稳定性问题，可制作大电流、高集成度的功率模块，但对管芯、压块、底板等零部件平整度要求很高，否则不仅将增大模块的接触热阻，而且会损伤芯片，严重时芯片会撕裂，结构复杂、成本高、比较笨重，多用于晶闸管功率模块。焊接结构采用引线键合技术为主导的互连工艺，包括焊料凸点互连、金属柱互连平行板方式、凹陷阵列互连、沉积金属膜互连等技术，解决寄生参数、散热、可靠性问题，目前已提出多种实用技术方案。例如，合理结构和电路设计二次组装已封装元器件构成模块；或者功率电路采用芯片，控制、驱动电路采用已封装器件，构成高性能模块；多芯片组件构成功率智能模块。DBC基板结构便于将微电子控制芯片与高压大电流执行芯片密封在同一模块之中，可缩短或减少内部引线，具备更好的热疲劳稳定性和很高的封装集成度，DBC通道、整体引脚技术的应用有助于MCM的封装，整体引脚无需额外进行引脚焊接，基板上有更大的有效面积、更高的载流能力，整体引脚可在基板的所有四边实现，成为MCM功率半导体器件封装的重要手段，并为模块智能化创造了工艺条件。
变频器维修之一体化功率模块修理方法 一、概述： 一体化功率模块，又称为集成式模块，通常是指小功率（15kW以下）变频器机型中，其整流与逆变主电路，常采用模块形式封装的功率模块。变频器的主电路，是由一只功率模块构成的。 这类模块就造价昂贵，动辄几百元，有的甚至上千元，如智能化IPM功率模块。但一般损坏后，虽只是损坏了其中的部分电路，但往往以整体更换为多。在电路发生局部损坏后，将模块废弃确实有些可惜。进行局部修复与代换，显然会大大降低维修成本。本人在数年前即从事过这类一体化模块的局部性修复，有几例是较为成功的，但也有数例是失败的——最终还是又更换了一体化模块。 这种修复方法，我又称之为“省钱的修理方法”，乍看来，确实是大幅度降低了维修成本，形成了较大的利润空间。但实际操作起来，牵扯到方方面面的问题，具有一定的操作难度，也就是我说过的，只能将其作为应急修复手段，并不积极提倡与推广的原因。 降低元件性能指标下的“省钱”的修理，只图一时的低成本，但埋下了更大的故障隐患，是要不得的。储能电容器，单、双管式逆变、整流模块的损坏，坏一只，换一只，也谈不到省钱。CPU主板尤其是CPU本身局部引脚电路的损坏，采取变通手段应急修复之，最好是在不降低电路性能的前提下进行修复，则也不失为“省钱修复”的好方法。整流或逆变电路的局部性损坏，是不是可用分立元件取代，达到降低维修成本的要求？以我个人的维修经验来看，尚不能给出一个明确的结论。 修复损坏严重（模块坏掉）的机器，须事先与用户沟通，最好还是用原器件来修复。如出于维修成本考虑，用分立元件来代用模块，必须先与用户达成共识。 想到用省钱的方法修复集成型模块，是在几年前阅读一本电磁炉维修的书籍时联想到的。用于电磁炉的一些集成整流器件和IGBT管子，其高耐压、大电流特性完全可应用于对变频器集成模块局部损坏的修复。此后，我购买了一些整流桥和IGBT管子等元件，将变频器15kW以下的机型做了几例修复试验，发现7.5kW以下变频器的修复成功率较高，较大功率机型，可能由于购买的IGBT的参数一致性较差，尤其是导通内阻较大。修复后，变频器空、轻载运转正常，但带载时会出现输出偏相、电动机跳动和易跳OC故障等现象。所以此类修复以1.5—7.5kW小功率机型为宜。电磁炉的配件中，整流桥IS2510，额定电流25A，反向耐压1000V，全塑封，可涂覆导热硅脂后，直接攻丝（或用￠2。5mm的钻头打孔，用￠3mm的螺纹钉直接旋入）固定在模块散热器上；IGBT管子25N120，额定电流25A，反向耐压1200V。安装时须在管子与散热器之间加装绝缘片。整流器与IGBT管子引脚图如下： 图1电磁炉功率配件引脚图 说明一下，本文只是提出这样一个模块修复方法，供维修中的参考，并不积极提倡集成模块的局部
功率模块选型设计 对于一个具体的应用来说，选择功率模块时需要考虑其在任何静态、动态、过载（如短路）的运行情况下： ①器件耐压； ②在实际的冷却条件下，电流的承受力； ③最适合的开关频率； ④安全工作区(SOC)限制； ⑤散热条件与最高运行温度限制； ⑥封装和安装方式 ⑦成本和技术风险 (1)器件耐压设计=(+)K2 =(1.15*600+200)*1.1 =979(V) (1) 式中： ——过电压系数 ——安全系数 ——额定直流电压 ——关断即将结束时的尖峰电压 考虑到回馈制动，电压波动，开关过程引起的电压尖峰等因素，通常选择功率管器件耐压都是母线电压的一倍，故IGBT的电压额定值选用1200V。 (2)器件的电流选择
在电力电子设备中，选择功率管模块时，通常先计算通过功率管的最大电流值，然后根据该设备的特点，考虑到过载、电压波动、开关尖峰、温度等因素考虑一倍的安全余量来选择相应的功率管。 流过IGBT的最大电流为： = =300××1.2×1×1.5 =763.56(A) (2) 式中： ——电流尖峰系数 ——温度降额系数 ——过载系数 ——牵引电动机峰值电流 IGBT的电流额定值选用=800A (3)合适的开关频率 功率管的损耗主要由通态损耗和开关损耗组成，不同的开关频率，通态损耗和开关损耗所占的比例不同。而决定功率管通态损耗的饱和压降和决定开关损耗的开关时间（,）又是一对矛盾，因此应根据不同的开关频率来选择不同特征的功率管。 在低频如<10kHz时，通态损耗是主要的，这需要选择低饱和压降型功率管；当≥15kHz时，开关损耗是主要的，通态损耗占的比例比较小。
众所周知，大功率风机、水泵的变频调速方案，可以收到显著的节能效果，其直接经济效益很大，宏观经济效益及社会效益则更大。可以预计，大功率交流电机变频调速新技术的发展是我国节能事业的主导方向之一。 目前，阻碍变频调速技术在高压大功率交流传动中推广应用的主要问题有两个：一是我国大容量<200kW以上）电动机的供电电压高< 6kV、10kV），而组成变频器的功率器件的耐压水平较低，造成电压匹配上的难题；二是高压大功率变频调速系统技术含量高，难度大，成本也高，而一般的风机、水泵等节能改造都要求低投入、高回报，从而造成经济效益上的难题 这两个世界性的难题阻碍了高压大容量变频调速技术的推广应用，因此如何解决高压供电和用高技术生产出低成本高可靠性的变频调速装置是当前世界各国相关行业竞相关注的热点。 一般来讲，在高压供电而功率器件耐压能力有限的情况下，可采用功率器件串联的方法来解决。 但是器件在串联使用时，因为各器件的动态电阻和极电容不同，而存在静态和动态均压的问题。如果采用与器件并联R和RC的均压措施，会使电路复杂，损耗增加；同时，器件的串联对驱动电路的要求也大大提高，要尽量做到串联器件同时导通和关断，否则由于各器件开断时间不一，承受电压不均，会导致器件损坏甚至整个装
置崩溃。 谐波问题是所有变频器的共同问题，尤其在大功率变频调速中更为突出。谐波会污染电网，殃及同一电网上的其它用电设备，甚至影响电力系统的正常运行；谐波还会干扰通讯和控制系统，严重时会使通讯中断，系统瘫痪；谐波电流也会使电动机损耗增加，因而发热增加，效率及功率因数下降，以至不得不“降额”使用。 还有效率问题，变频调速装量的容量愈大，系统的效率问题也就愈加重要。采用不同的主电路拓扑结构，使用的功率器件的种类、数量的多少，以及变压器，滤波器等的使用，都会影响系统的效率。为了提高系统效率，必须设法尽量减少功率开关器件和变频调速装置的损耗。 可靠性和冗余设计问题，一般的高压大功率拖动系统都要求很高的系统可靠性，尤其是国民经济的重要部门如电力、能源、冶金、矿山和石化等行业，一旦出现故障，将会造成人民生命财产的巨大损失，因此高压变频装置设计中是否便于采用冗余设计及旁路控制功能也是至关重要的。 目前世界上的高压变频器不象低压变频器那样具有成熟的、一致性的拓扑结构，而是限于采用目前电压耐量的功率器件，如何面
ABB变频器功率容量修改指导 1. 将控制板安装到模块上。 2. 上电。 3. 操作控制盘，打开参数表，进入参数最底层，比如0102，同时按下UP(向上)键，Down （向下）键和软键1，持续至少4秒钟，直到屏幕顶行显示PARAMETERS+。 4. 重新进入参数组（顶行显示PAR GROUPS+）。 5. 查找105组参数。 6. 修改相关传动容量步骤： ●将10509调整为所要的功率等级，并确认。 ●将10502设置为1，并确认。 ●将10511设置为4012，并确认。 注意：该顺序不能颠倒。 7. 再次进入参数表，检查参数3304（传动容量）是否正确。 Updating Power Rating Instruction 1.Assemble OMIO-01 board on to the module carefully. 2.Power on 3.Operate control panel, and press soft Key 2 till paramet er bottom. For example, parameter 0102, press UP key, DOWN button a nd Soft Key 1 simultaneously for at least 4 seconds, till top line displays PARAMETERS+ 4.Re-enter into Parameter Group. 5.Find Parameter Group 105. 6.Set power rating: ●Set Para.10509 -> right drive rating, press Enter Key. ●Set Para.10502->1, press Enter Key. ●Set Para. 10511->4012, press Enter key. Notes: Setting sequence cannot be changed. 7. Re-enter into Parameter, and check 3304（Drive Rating）if it is correct.
电子知识 2015年10月23日 深圳华强北华强集团2号楼7楼 电池管理系统能实时监控电池状态，延长电池续航时间、避免电池过充过放的情况出现，在电子产品中起着至关重要的作用。特别是可穿戴设备的兴起对电池管理系统提出新的挑战，此次“消费电子电池管理系统技术论坛”，我们将邀请业界领先的半导体厂商、方案设计商与终端产品制造商，共探消费电子电池管理系统市场发展趋势及创新技术，助力设计/研发工程师显著改进电池管理系统，进而从技术的层面为业界解决电子产品的电池续航问题。 立即报名>> IBIS模型是一种基于V/I曲线对I/O BUFFER快速准确建模方法，是反映芯片驱动和接收电气特性一种国际标准，它提供一种标准文件格式来记录如驱动源输出阻抗、上升/下降时间及输入负载等参数，非常适合做振荡和串扰等高频效应计算与仿真。 IBIS本身只是一种文件格式，它说明在一标准IBIS文件中如何记录一个芯片驱动器和接收器不同参数，但并不说明这些被记录参数如何使用，这些参数需要由使用IBIS模型仿真工具来读取。欲使用IBIS进行实际仿真，需要先完成四件工作：获取有关芯片驱动器和接收器原始信息源；获取一种将原始数据转换为IBIS格式方法；提供用于仿真可被计算机识别布局布线信息；提供一种能够读取IBIS和布局布线格式并能够进行分析计算软件工具。 IBIS模型优点可以概括为：在I/O非线性方面能够提供准确模型，同时考虑了封装寄生参数与ESD结构；提供比结构化
方法更快仿真速度；可用于系统板级或多板信号完整性分析仿真。可用IBIS模型分析信号完整性问题包括：串扰、反射、振荡、上冲、下冲、不匹配阻抗、传输线分析、拓扑结构分析。IBIS尤其能够对高速振荡和串扰进行准确精细仿真，它可用于检测最坏情况上升时间条件下信号行为及一些用物理测试无法解决情况；模型可以免费从半导体厂商处获取，用户无需对模型付额外开销；兼容工业界广泛仿真平台。 IBIS模型核由一个包含电流、电压和时序方面信息列表组成。IBIS模型仿真速度比SPICE快很多，而精度只是稍有下降。非会聚是SPICE模型和仿真器一个问题，而在IBIS仿真中消除了这个问题。实际上，所有EDA供应商现在都支持IBIS模型，并且它们都很简便易用。大多数器件IBIS模型均可从互联网上免费获得。可以在同一个板上仿真几个不同厂商推出器件。 IBIS模型是一种基于V/I曲线对I/O BUFFER快速准确建模方法，是反映芯片驱动和接收电气特性一种国际标准，它提供一种标准文件格式来记录如驱动源输出阻抗、上升/下降时间及输入负载等参数，非常适合做振荡和串扰等高频效应计算与仿真。 IBIS本身只是一种文件格式，它说明在一标准IBIS文件中如何记录一个芯片驱动器和接收器不同参数，但并不说明这些被记录参数如何使用，这些参数需要由使用IBIS模型仿真工具来读取。欲使用IBIS进行实际仿真，需要先完成四件工作：获取有关芯片驱动器和接收器原始信息源；获取一种将原始数据转换为IBIS格式方法；提供用于仿真可被计算机识别布局布线信息；提供一种能够读取IBIS和布局布线格式并能够进行分析计算软件工具。 IBIS模型优点可以概括为：在I/O非线性方面能够提供准