空調、電冰箱
、洗衣機等白家電產品與我們的日常生活息息相關，在設計中需要考慮到能效

、尺寸、成本及外觀設計等因素。安森美半導體開發出緊湊的變頻器智能功率模塊(IPM)，以及集成功率因數校正（PFC）轉換器及三相變頻器的“二合一”IPM，采用獨特的絕緣金屬基板技術(IMST®)
，性價比高並且非常可靠，同時提供高能效和低噪聲，極適合應用於白家電產品。

 

其二合一IPM STK57FU391A-E獲得今日電子與聯合舉辦的中國第十二屆年度TOP-10電源產品獎中的兩個獎項：“Top 10電源產品獎”及“技術突破獎”
，彰顯安森美半導體推動高能效創新的實力。

 

工程師通過對半導體器件的材料
、結構、工藝等方麵的不同設計，為各種應用需求提供相應的解決方案。

 

安森美半導體是全球首家開發出變頻器IPM使用IMST技術的公司。IMST技術采用低熱阻、高導熱的絕緣材料將銅箔和金屬基板即鋁基板壓合在一起，金屬的高熱傳導率使功率輸出電路
、控製電路及模塊外圍電路能夠貼裝在同一基板上。此技術具有7大技術優勢
，包括：易於集成和減少元件數量以降低總成本、內置外圍電路簡化PCB設計以縮短終端產品的設計時間、提供更靈敏更高精度的溫度檢測以實現更可靠的散熱保護、噪聲抑製
、降低浪湧電壓、提升能效和降低能耗，以及單列直插式 (SIP) 型封裝優勢。

安森美半導體基於IMST技術的IPM模塊，型號包含單分流電阻型和3分流電阻型（如表一所示），它將高壓IC (HVIC)、高擊穿電壓及大電流IGBT

、快速恢複二極管、門極電阻、用於驅動上邊IGBT及IGBT門極電阻的啟動二極管、用於檢測發熱的熱敏電阻

、用於過流保護的分流電阻等元器件高密度貼裝封裝在一起 (如圖1所示)，能驅動從10 A至50 A輸出負載電流，提供低損耗、低噪聲。

 

表1：安森美半導體IPM模塊產品陣容。

 

 

圖1：基於IMST技術的IPM模塊集成多種元器件。

 

 

因應減小尺寸並提升能效的趨勢，安森美半導體IPM已發展至下一代高能效二合一IPM，其 STK57F-3xx係列IPM將升壓PFC轉換器和3相變頻器（STK551-xxx係列、STK554-xxx係列為壓縮電機提供驅動，STK5C4Uxxx係列為風扇電機提供驅動）合二為一（參見圖2），不僅提供高能效電路，還大幅減少元器件數量，節省PCB占用空間
，縮短開發時間

，降低組裝成本，加快上市進程。

 

圖2. 安森美半導體用於變頻空調的二合一 IPM。

 

高能效單相PFC應用途徑包括：連續導電模式（CCM）升壓PFC
，交錯式PFC和無橋交錯式PFC。CCM升壓PFC電路作為我們的基礎電路
，交錯式PFC實際就是2個升壓電路並聯
，MOS管交錯導通。雖然和CCM升壓PFC產生相同的二極管橋損耗，但是交錯式PFC可分散電源從而提升能效，而無橋交錯式PFC在交錯式PFC結構的基礎上去掉二極管整流橋，使得反應器尺寸減小40%，交流-直流轉換損耗減少50%
，參見圖3。

 

 圖3. 高能效單相PFC應用途徑。 

 

 

安森美半導體開發適用於更大電流、更高功率應用的交錯式PFC二合一IPM。見圖4，它在單個封裝中集成交錯式PFC轉換器、三相變頻器輸出段、預驅動電路以及保護電路。交錯式PFC是在原本單個較大功率PFC段的地方並行放置2個功率為一半的較小功率PFC段來替代。這兩個較小的PFC段以180°的相移交替工作

，它們在輸入端或輸出端累加時
，每相電流紋波的主要部分將抵消。

 

 

以變頻空調為例，當采用分立結構時
，電路元器件總數量高達15個
，所占PCB麵積達121.2 cm2
，而二合一IPM結構集成度更高，元器件總數量減少至6個，所占PCB麵積減小至87.5 cm2。

 

同等工作條件下（以輸入電壓220 V，功率4 kW為例，見圖5），二合一IPM結構比分立結構提供更高的工作頻率，交錯式PFC係統總損耗比分立結構減少28.1 W，而無橋交錯式PFC將係統總損耗降低38%。成本方麵，更小的尺寸更易於設計
，便於采用模塊化的方案，縮短設計周期
，降低開發成本。集成度更高的二合一IPM結構可將升壓線圈布設在電路板上，降低了組裝成本，而且由於拓撲結構不同，普通的升壓PFC二合一IPM、交錯式PFC二合一IPM和無橋交錯式PFC二合一IPM的磁芯尺寸依次縮小至分立結構的79%、33%和20%，係統總成本由分立結構的29.7美元依次縮減至28.7美元、28.6美元、28.3美元。

 

圖5. 用於PFC係統的PFC總損耗及成本比較。

 

安森美半導體創新的IMST技術可靠且性價比高
，同時提供高能效和低噪聲，而基於此技術更進一步的二合一IPM STK57FU/5MFU
，由於在單個封裝中集成PFC轉換器和變頻器，大幅減少元器件數量，減少PCB所占空間
，降低組裝成本
，降低能耗並提升能效。其關鍵特性包括：內置過流保護和過壓保護功能
、內置熱敏電阻可監測溫度、能夠使用內置IPM的啟動電路來實現單電源驅動、內置防止上邊/下邊晶體管同時導通的電路
，是白家電應用的理想方案。