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

xianjindeketiaosuqudongdianludoucaiyongbianpinqilaitiaozhengshuchudianliu，yimanzusanxiangmadadeyaoqiu。bianpinqidexingzhuangdaxiaotongchanghuishoudaoyingyongdexianzhi。zaixuduoqingkuangxia，dianlubanyumadakaodehenjin
，ermadagouzaodegaoduyehuishouxian。lingwai
，suoyonggaogonglvbandaotiqijiandewulixingzhihesuoxuanfengzhuangdexingzhuang，yeyaoqiudianlubanshangyouzugoudeweizhikongjian。gonglvbandaotikaiguangongzuoqijianchanshengdedianya
、電(dian)流(liu)交(jiao)疊(die)會(hui)造(zao)成(cheng)損(sun)耗(hao)


，必(bi)須(xu)將(jiang)其(qi)消(xiao)除(chu)。雖(sui)然(ran)功(gong)率(lv)耗(hao)散(san)問(wen)題(ti)可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)加(jia)設(she)散(san)熱(re)片(pian)而(er)得(de)到(dao)改(gai)善(shan)，但(dan)這(zhe)也(ye)會(hui)限(xian)製(zhi)半(ban)導(dao)體(ti)器(qi)件(jian)在(zai)電(dian)路(lu)板(ban)上(shang)的(de)布(bu)局(ju)安(an)排(pai)。

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
、yongcitongbumada
，haishiwushuazhiliumada，doukeyoubianpinqiweiqichanshengzhengxiandianliu。weici，kaiguanpinlvbixubibianpinqideketiaoshuchupinlvgaojigeshuliangji。erjingmaichongkuandutiaozhideshuchudianyazehuishijiazaidianganxingfuzaishang。yinci，shuchudianliuyudianyadepingjunzhichengzhengbi。kaiguanpinlvyuegao，duibianpinqiyueyouli；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。

成(cheng)本(ben)是(shi)電(dian)路(lu)布(bu)局(ju)必(bi)須(xu)考(kao)慮(lv)的(de)另(ling)一(yi)個(ge)約(yue)束(shu)因(yin)素(su)。許(xu)多(duo)情(qing)況(kuang)下(xia)
，都(dou)采(cai)用(yong)雙(shuang)麵(mian)電(dian)路(lu)板(ban)。而(er)電(dian)路(lu)板(ban)上(shang)的(de)不(bu)同(tong)區(qu)域(yu)常(chang)常(chang)隻(zhi)能(neng)使(shi)用(yong)一(yi)種(zhong)焊(han)接(jie)工(gong)藝(yi)。因(yin)此(ci)
，就(jiu)提(ti)高(gao)成(cheng)本(ben)效(xiao)益(yi)而(er)言(yan)，表(biao)麵(mian)貼(tie)裝(zhuang)半(ban)導(dao)體(ti)器(qi)件(jian)是(shi)越(yue)來(lai)越(yue)受(shou)歡(huan)迎(ying)的(de)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)。

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tu1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。