中心議題：

• 布局約束因素
• 設計考慮因素
• 元件安裝考慮因素

解決方案：

• 采用智能功率模塊
• 增加柵極電阻來降低開關速率

布局約束因素

現xian今jin的de可ke調tiao速su驅qu動dong電dian路lu都dou采cai用yong變bian頻pin器qi來lai調tiao整zheng輸shu出chu電dian流liu，以yi滿man足zu三san相xiang馬ma達da的de要yao求qiu。變bian頻pin器qi的de形xing狀zhuang大da小xiao通tong常chang會hui受shou到dao應ying用yong的de限xian製zhi。在zai許xu多duo情qing況kuang下xia
，電dian路lu板ban與yu馬ma達da靠kao得de很hen近jin，而er馬ma達da構gou造zao的de高gao度du也ye會hui受shou限xian。另ling外wai，所suo用yong高gao功gong率lv半ban導dao體ti器qi件jian的de物wu理li性xing質zhi和he所suo選xuan封feng裝zhuang的de形xing狀zhuang
，也ye要yao求qiu電dian路lu板ban上shang有you足zu夠gou的de位wei置zhi空kong間jian。功gong率lv半ban導dao體ti開kai關guan工gong作zuo期qi間jian產chan生sheng的de電dian壓ya、dianliujiaodiehuizaochengsunhao，bixujiangqixiaochu。suirangonglvhaosanwentikeyitongguojiashesanrepianerdedaogaishan
，danzheyehuixianzhibandaotiqijianzaidianlubanshangdebujuanpai。

變頻器是達到EcoDesign節能要求的關鍵技術。美國電力科學研究院（ElectricPowerResearchInstitute）的研究表明，采用變頻器的馬達比無變頻器的馬達節能多達40%。無論是感應馬達
、永(yong)磁(ci)同(tong)步(bu)馬(ma)達(da)
，還(hai)是(shi)無(wu)刷(shua)直(zhi)流(liu)馬(ma)達(da)，都(dou)可(ke)由(you)變(bian)頻(pin)器(qi)為(wei)其(qi)產(chan)生(sheng)正(zheng)弦(xian)電(dian)流(liu)。為(wei)此(ci)，開(kai)關(guan)頻(pin)率(lv)必(bi)須(xu)比(bi)變(bian)頻(pin)器(qi)的(de)可(ke)調(tiao)輸(shu)出(chu)頻(pin)率(lv)高(gao)幾(ji)個(ge)數(shu)量(liang)級(ji)。而(er)經(jing)脈(mai)衝(chong)寬(kuan)度(du)調(tiao)製(zhi)的(de)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)則(ze)會(hui)施(shi)加(jia)在(zai)電(dian)感(gan)性(xing)負(fu)載(zai)上(shang)。因(yin)此(ci)
，輸(shu)出(chu)電(dian)流(liu)與(yu)電(dian)壓(ya)的(de)平(ping)均(jun)值(zhi)成(cheng)正(zheng)比(bi)。開(kai)關(guan)頻(pin)率(lv)越(yue)高(gao)
，對(dui)變(bian)頻(pin)器(qi)越(yue)有(you)利(li)；而驅動的扭矩波動越小
，動態響應性能便更高，噪聲也會變得更低。這就要求開關速率快
，而開關速率快意味著di/dt和dv/dt的變化率通常都很高。因此，電路寄生就成為一個大問題，設計人員必須努力解決這個問題，才能滿足目前和未來的EMC標準要求。

chengbenshidianlubujubixukaolvdelingyigeyueshuyinsu。xuduoqingkuangxia
，doucaiyongshuangmiandianluban。erdianlubanshangdebutongquyuchangchangzhinengshiyongyizhonghanjiegongyi。yinci
，jiutigaochengbenxiaoyieryan，biaomiantiezhuangbandaotiqijianshiyuelaiyueshouhuanyingdejiejuefangan。

設計考慮因素

目前，大功率半導體器件(如IGBT和MOSFET)的(de)發(fa)展(zhan)趨(qu)勢(shi)是(shi)在(zai)提(ti)升(sheng)性(xing)能(neng)的(de)前(qian)提(ti)下(xia)不(bu)斷(duan)縮(suo)小(xiao)芯(xin)片(pian)尺(chi)寸(cun)。減(jian)小(xiao)芯(xin)片(pian)尺(chi)寸(cun)能(neng)減(jian)少(shao)器(qi)件(jian)的(de)寄(ji)生(sheng)電(dian)容(rong)，從(cong)而(er)提(ti)高(gao)開(kai)關(guan)速(su)率(lv)。因(yin)此(ci)，深(shen)入(ru)研(yan)究(jiu)電(dian)路(lu)板(ban)上(shang)的(de)關(guan)鍵(jian)回(hui)路(lu)越(yue)來(lai)越(yue)重(zhong)要(yao)。圖(tu)1為電壓源變頻器(voltagesourceinverter，VSI)的兩種典型開關工作方式的簡化示意電路。在開關頻率受限的大電流應用中
，IGBT是最受歡迎的器件。上圖所示為從高壓側(HS)續流二極管到低壓側IGBT的換流。電流最初是在高壓側二極管和相應反相半橋的IGBT形成的續流通道中。


圖1簡化的換向電路

一旦低壓側柵極驅動電路導通了IGBT
，就會有短路電流經過高壓側二極管和低壓側IGBT。其結果是二極管電流降低，IGBT電流相應增加(自然換相：1〜2)，在開關期間，電感性負載的電流可視為常數。因此
，雜散部件與該通道無關。開關速率由低壓側IGBT的導通和半橋的雜散電感來決定。要實現從低壓側IGBT到高壓側續流二極管的反向換流
，低壓側IGBT上的壓降必須大於直流總線電壓，以導通續流二極管。因此，IGBT在與二極管換流(強製換相：2〜1)之前必須能同時承受高電壓和大電流。[page]

在圖1中，電壓源變頻器的臨界電流路徑被標為紅色陰影
，其特征是di/dtbianhualvgao

，zhegetezhengyebiaoxianzaiduiyingdezhajiqudongdianlushang。yaobaozhengzhajiqudongdianluanquandegongzuo，jiuyaozuidaxiandudijianxiaozasandiangan。youqishigaoyacezhajiqudongdianlu，cunzaiyigeyoudiyaceerjiguanhedianliutongdaoshangdezuxingheganxingyajiangsuoyinqide
，qiefuduchaoguoVS最小允許電壓的負壓，會導致電路工作異常。

其qi中zhong一yi個ge解jie決jue方fang法fa是shi通tong過guo增zeng加jia柵zha極ji電dian阻zu來lai降jiang低di開kai關guan速su率lv，然ran而er這zhe卻que會hui大da幅fu增zeng加jia開kai關guan損sun耗hao。在zai這zhe情qing況kuang下xia，便bian需xu要yao優you化hua電dian路lu板ban布bu局ju
，充chong分fen利li用yong電dian壓ya源yuan變bian頻pin器qi的de整zheng體ti性xing能neng。為wei了le去qu除chu功gong率lv區qu和he信xin號hao區qu的de耦ou合he
，兩liang個ge區qu域yu的de接jie地di應ying當dang分fen開kai。柵zha極ji驅qu動dong器qi應ying盡jin可ke能neng靠kao近jinIGBT，且不要有任何回路或偏差。微控製器和柵極驅動之間的信號通道不是非常關鍵的。分立的IGBT管腳引線應盡可能短，以最大限度地減少寄生電容和電感。封裝在一起的6個IGBT和(he)柵(zha)極(ji)驅(qu)動(dong)器(qi)的(de)安(an)排(pai)需(xu)要(yao)周(zhou)密(mi)考(kao)慮(lv)。此(ci)外(wai)，散(san)熱(re)片(pian)上(shang)的(de)器(qi)件(jian)需(xu)要(yao)配(pei)備(bei)適(shi)當(dang)的(de)絕(jue)緣(yuan)片(pian)。許(xu)多(duo)情(qing)況(kuang)下(xia)，電(dian)路(lu)板(ban)的(de)邊(bian)沿(yan)都(dou)需(xu)要(yao)有(you)大(da)塊(kuai)的(de)散(san)熱(re)片(pian)。

為了克服以上約束
，最好采用智能功率模塊(intelligentpowermodule(IPM)，也稱為SmartPowerModule(SPM®))。圖2suoshiweiyigedianxingdequanfengbimokuai，tabaohanyigewanzhengdesanxiangdianyayuanbianpinqi，yijixiangyingdezhajiqudongqihebaohudianlu。caiyongzhezhongmokuaibifenliyuanjianfanganjieshengdianlubankongjianduoda50%。尤其是這種模塊需要的外接部件極少

，在設計上就考慮了EMC的要求。其峰值和平均EMC幹擾強度比傳統設計低很多。

圖2智能功率模塊

與電壓源變頻器的分立元件方案類似，采用智能功率模塊時也要注意外部元件的布局安排。圖3所示為針對Motion-SPMTM應用的一些建議。由於電壓源變頻器的開關速率很快，信號接地和功率接地必須分開。兩種接地在15VVcc電容處互接。Vcc電容和功率接地之間的通道要狹窄，以去除耦合。為防止電湧造成破壞

，引腳P與功率接地之間應當有一個低電感電容。另外

，由於電壓源變頻器和馬達之間的長引線會造成高壓反射，因此一些SPM產品配備了外接柵極電阻來調節開關速率和最大限度地減少反射。



圖3布局建議


圖4模塊安裝翹曲的誇大示意圖

元件安裝考慮因素

除TinyDIP/SMD外，SPM的表麵都會有一定的翹曲。圖4weizhezhongqiaoqudeyigekuazhangshiyi。mokuaishiyongyixiecongbiaomianzhongjianchuanchudeluosijinguzaisanrepianshang。ruguoanzhuangqiadang，zhezhongtuzhuangbiaomiannengbaozhengyouzugoudereliangcongmokuaichuandidaosanrepian。ruguojinguluosiyonglibujun，jiukenengzaimokuaineichanshengyingli
，daozhimokuaiposunhuoxingnengxiajiang。jianyicaiyongtu4所示的螺絲緊固順序(先按1〜2的順序預緊固，再按2〜1的順序最終緊固)。通常


，預緊固扭矩為最大額定緊固扭矩的25%。隻要散熱片與器件緊貼好了，就可通過SPM的內置熱敏電阻獲取散熱片的溫度，從而簡化電路板的設計。