2011-12-01 09:57:13 作者：
phpcms 来源： 浏览次数：189
网友评论 0 条已获广泛接受、拥有15年历史的MiniSKiiP系列现在有了两个新的成员：三电平MiniSKiiP模块​​和MiniSKiiP IPM。得益于其高功率密度、高可靠性和便捷的单螺丝安装方式，MiniSKiiP模块已被证明是非常成功的。
已获广泛接受、拥有15年历史的MiniSKiiP系列现在有了两个新的成员：三电平MiniSKiiP模块??和MiniSKiiP IPM。得益于其高功率密度、高可靠性和便捷的单螺丝安装方式，MiniSKiiP模块已被证明是非常成功的。与任何竞争对手的产品相比，三电平MiniSKiiP的每模块面积提供了最大的额定电流，由于开关损耗减少了，它还有助于在太阳能和UPS逆变器应用中提高效率。由于无需耗费时间开发驱动器，所以IPM解决方案对于客户来说意味着开发时间短。这些改进将有助于MiniSKiiP系列将其自身建成一个逆变技术中的标准平台。
有超过1500万块MiniSKiiP模块被安装在全球各地的驱动器和变流器中。特别是，欧洲的逆变器制造商在最高为30kW的低功率应用中使用这些模块。这些应用的四分之三是用于泵、机器臂、印刷机或压缩机的标准驱动器。预计今年这一数字将再增加3百万。除了已有的欧洲市场，MiniSKiiP系列也正在亚洲市场获得进展。该产品也可以从其他两家供应商获得，确保满足客户对可靠供应的需求。得益于更低的损耗，新的三电平拓扑结构提高了IGBT半导体模块的效率，相应也提高了功率逆变器的整体效率。这就是为什么未来几年三电平MiniSKiiP模块将成为标准的原因，尤其是在太阳能逆变器和不间断电源系统中。
在空调系统和工业驱动器中，MiniSKiiP IPM将继续取得进展。这些模块具有一个集成驱动器和相应的驱动电路，并拥有优化的开关特性。这意味着驱动器的任何应用都无需特别定制，事实上这类应用约占80%左右。其结果是栅极驱动器不必再需要适应功率模块，采用MiniSKiiP IPM的产品面市时间短得多 - 这是在欧洲和亚洲都追求的目标。
图1. 得益于其所具有的市面上最高的电流密度和无需占用空间的母线的设计，三电平MiniSKiiP模块允许用于结构紧凑型的三电平逆变器。
更高的效率、更低的成本
能源成本过去十年增加了约40%左右，使得用逆变器进行驱动控制越来越有吸引力。除了效率高以外，可节省能源成本，逆变器损耗减少，从而使得整个逆变器的成本降低。高效率是非常重要的，特别是在UPS系统和太阳能逆变器市场中。正是这些市场将从三电平拓扑结构中在提高效率和改善线路质量方面受益。
事实上，首个三电平拓扑结构大约是在30年前提出的。然而，逆变器市场上的技术进步在这一方向上不够快。首先，因为效率的原因，该配置过去是用于高压应用。今天，除了UPS系统和太阳能逆变器，也能够在需要高开关频率的应用中找到这种拓扑结构。由于其损耗远远低于传统的二电平解决方案，三电平拓扑结构最多可减少高达40%的整体损耗 – 并且开关频率越高，减少的越多。
三电平结构减少了谐波
开关损耗减少是二电平和三电平拓扑结构之间首要的、根本的区别，这是因为三电平的拓扑结构的开关电平只有二电平拓扑结构的一半。三电平拓扑结构的模块可能需要更多的功率半导体 – 三电平模块中每个桥臂有10个半导体（四个串联的IGBT），二电平模块中为4个。但是，这在某种程度上被600V半导体比1200V半导体所具有的更高电流密度所补偿。同时带来几个优势的另一个不同之处是改善的谱性能。为了保持谐波尽可能的少，两电平模块需要大的滤波器，而三电平模块有一个用于输出电压的中间级。这样，输出信号好得多，也就是说，它变得更加和谐，从而滤波器的尺寸变小，相应滤波器成本也可以减少。
输出电压信号的质量更好，或者相同开关频率下较低的失真因子，在电力能源供应网络中非常重要。由于逆变器在电网中不会带来正弦电流，这些谐波—简而言之—使线电压产生畸变，线电压的THD（总谐波失真）小等于线路中电压质量好。由于输出电流的低失真因子，需要高开关频率的应用并不需要诸如昂贵的线路滤波器这样的设备。也可以优化这样的应用，以抑制办公室或工厂工作环境中的逆变器噪音。
单步安装
三电平MiniSKiiP模块的布局已进行了优化：四个不同的换流路径覆盖的面积最小，端子尽可能靠在一起。这样一来，模块的电感和由此而产生的过电压保持最小。此外：由于使用了弹簧触点，三电平MiniSKiiP模块的功率密度高达4.9 A/cm3，比采用管脚的模块高0.7 A/cm3，比采用螺丝连接的模块高1.9 A/cm3。在MiniSKiiP系列中，每模块面积的额定电流几乎是其它三电平模块的两倍之多，并且在三相之间无需坚实的母线。这一事实，再加上上面提到的更小的滤波器，使得有可能制造出较小的逆变器。
图2. 三电平MiniSKiiP 功率密度与竞争对手模块的对比
MiniSKiiP模块的组装很简单：采用单个螺丝将模块、散热器和驱动板安装在一起，建立额定电流为150A的电气和热连接。无需耗时的焊接工艺，由于采用了弹簧触点技术，如果需要，可以很容易地更换PCB。换句话说，单步安装 - 另一个将有助于使MiniSKiiP成为工业标准的优点 - 可以使每个逆变器的装配节约5美元，不论外壳的大小。
图3.竞争对手的焊接模块（左）和MiniSKiiP（右）组装的对比。由于MiniSKiiP模块便捷的单螺丝安装，可以显著地减少逆变器的生产成本。由于使用了弹簧触点技术，不再需要复杂的生产步骤和费时的焊接工艺。
集成驱动器，更便于逆变器的开发
所有这些组装方面的优势也适用于MiniSKiiP IPM。然而，对于一个容积为49cm3的外壳，与其他拓扑结构具有可比性的IPM相比，这些优势不仅多提供了50%以上的电流密度，而且还提供了额外的功能，因为驱动器已经集成在里面了。采用SOI（绝缘衬底上的硅）技术的HVIC（高压集成电路）驱动器包含一个创新的电平转换器，控制高侧或低侧的IGBT，以提高抗电磁干扰能力和开关性能。除了驱动器，所使用的电阻使IPM能够涵盖80%的应用。这一点对于中小企业特别有吸引力，一方面，不必担心驱动器的集成，另一方面，不需要相关的驱动器开发能力。只有控制器需要进行编程和集成。
图4. 带有集成驱动器的MiniSKiiP IPM为用于工业驱动器与UPS应用的逆变器而开发，这些应用的电压范围为600V和1200V，输出功率高达15kW。MiniSKiiP IPM基于MiniSKiiP的弹簧触点技术。
在IPM模块中使用集成驱动器意味着自由度降低，尤其是整个系统自适应方面。出于这个原因，为了给用户足够的配置可能性，MiniSKiiP IPM有一个用于电流监测的ITRIP输入和一个额外的多用途、具有较高开关阈值的错误输入。这些输入在应用中提供额外的适应自由度。每个MiniSKiiP模块?都?带有一个合适的集成温度传感器。
总结
MiniSKiiP在电力电子世界久负盛名。这些模块因其出色的功率密度和便捷的组装而出类拔萃。事实上，为了连接MiniSKiiP模块、印刷电路板和散热器，只需一个螺丝。PCS上所有的电源、栅极和辅助连接均使用压接触点，而非焊接触点。得益于弹簧触点系统 - 这个系统相对于其他竞争对手IGBT模块的一个独特卖点就是 - 电气接触具有更长的使用寿命和更高的可靠性，整个系统的抗振性得到提高。随着MiniSKiiP系列的成员的增加 - 低失真、高效的三电平MiniSKiiP和集成了驱动器的MiniSKiiP IPM - 这些模块使得在许多新的应用领域中的逆变器成本低且效率高。
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