倒装芯片集成电力电子模块

倒装芯片(Flip Chip,FC)技术广泛应用于微电子封装中,将该技术引入到三维的集成电力电子模块(Integrated Power Electronics Module,IPEM)的封装中,可以构成倒装芯片集成电力电子模块(FC-IPEM)。该文详细介绍FC-IPEM的结构和组装程序。在实验室完成由两只MOSFET和驱动、保护等电路构成的半桥FC-IPEM,并采用它构成同步整流Buck变换器,对半桥FC-IPEM进行电气性能测试,最后给出测试结果。

应用电力电子模块化组件的高压大容量变流器的设计

由电力电子模块化组件构成的变流器是实现分布式电力系统的各个组网之间接口功能的理想解决方案,而模块化标准化的软、硬件设计是其关键技术难点。针对该技术难点,系统地总结了各种模块化变流器的拓扑,设计了一种适用于高压大容量场合的三电平H桥结构的电力电子模块化组件,其构建的变流器可完成高压直流输配电的相关能量接口功能。同时提出了与该组件相匹配的标准化分布式分层控制器结构,使得该组件和控制器具备较大的灵活性。最后利用组件构建了MW级变流器实验样机,进行了带载实验。实验结果表明,稳态满载实验输出电压纹波<3.5%,动态加减载实验中电压波动<14%,恢复时间<13 ms。因此该设计组件和相关的分层控制器能够构建大容量变流器并实现其相关功能。

集成电力电子模块封装的关键技术

封装技术直接影响到集成电力电子模块(Integrated Power Electronics Module,IPEM)的电气性能、EMI特性和热性能等,被公认为未来电力电子技术发展的核心推动力。介绍了IPEM封装的结构与互连和基板技术等关键技术及研究现状,分析了已存在的薄膜覆盖封装技术等三维IPEM封装技术,讨论了IPEM封装的发展趋势,最后指出我国IPEM封装技术研究的限制因素与对策。

基于电力电子模块技术的电力储能接入系统研究

介绍电力电子模块技术,并研究基于电力电子模块技术的电力储能接入系统的基本结构与控制结构。进行实验后的结果证实,实验中构建的变流器在对电力储能电池充放电时,能获得较好的电流、电压波形,也满足电网谐波的要求,起到了"削峰填谷"的作用。

倒装芯片集成电力电子模块寄生参数的建模

采用球栅阵列芯片尺寸封装技术和倒装芯片(Flip Chip,FC)技术构建了半桥集成电力电子模块(Integrated Power Electronics Module,IPEM),半桥FC-IPEM实现三维封装结构。采用阻抗测量法提取模块寄生电感和寄生电容,建立模块的寄生参数模型,对模块进行电气性能测试。结果表明:半桥FC-IPEM构成的同步整流Buck变换器输出滤波电感中的电流波动幅度小于0.6A。

应用目标规划理论的电力电子模块化变流器设计

基于电力电子模块化组件(PEBB)设计电能变换装置存在最优设计的问题,以一种大容量中压变流器设计为例,提出了基于目标规划理论的PEBB设计方法,并建立了变流器的最优模块化设计数学模型。该设计方法以现状分析为基础,以目标体现为导向,然后针对不同目标建立不同的目标表达式和相关约束,按照优先级顺序,最终可以得到与目标实现密切相关的最优模块化数学模型。针对模型具有的决策变量整数有界和非线性特点,通过搜索法和穷举法相结合的方式对模型求解,得到了PEBB的主电路形式和参数,并根据模型求解结果设计了变流器样机,进行了试验。试验结果显示,变流器额定工况稳态输出纹波小于3%,突然加载电压瞬态跌落小于10%,这验证了变流器动、静态输出特性较好,功能得到实现。基于目标规划理论的PEBB设计方法可以应用到其他需要模块化设计的电能变换装置研发中。

光-氢转换系统电力电子模块研究

研究了用于氢电解槽的数字控制电力电子模块。提出以光伏作为主要能源,以分布式发电的方式进行氢气制备的系统架构,并对系统负载电解槽进行了小信号建模。在此基础上设计了双相降压数字电力电子模块,将光伏输出进行电平与功率的匹配供给氢电解槽使用。系统采用dsPIC33FJ64GS606数字信号控制器实现系统闭环电流模式控制和光伏最大功率追踪。实验结果表明系统达到了预期的效果。

国产压接式电力电子模块的改良

通过对压接式电力电子模块结构分析 ,并结合国外DBC直接键合技术而提出的模块生产改良方法 ,解决了国产模块“软特性”问题 ;并解决了国内电力电子模块实际生产过程中存在的成品率低、回收率高等实际问题 ,使得成品率由一般的 2 0 %左右提高到 95 %以上 。

电力电子模块管理汽车交流发电机系统

汽车需要成熟的电源管理系统以维持较高的燃料效率，改善性能和增加电气负载。与该系统整合的电力电子技术必须在很宽的温度范围内是可靠的。同时，其成本还必须与汽车制造商的价格目标相容。用电力电子模块来管理车辆的交流发电机系统能满足上述要求。

新型电力电子模块的发展趋势

本文论述了新型IGBT模块的需求和发展状况,介绍了SEMIX新型模块系列和SEMIX产品开发平台,并给出了相应的图片和数据。

基于局部元等效电路原理对混合封装电力电子集成模块内互感耦合的研究

低压大电流混合封装电力电子集成模块(IPEM)内部功率电路与控制和驱动电路之间的互感耦合是电磁干扰的主要途径之一,为了准确预测电磁干扰的强度,需要对耦合互感进行精确计算,文中针对这个问题展开研究。首先,分析了功率电路的高频环流问题;其次,采用局部元等效电路(PEEC)原理对高频环流回路与典型控制和驱动回路之间的耦合互感进行了计算;最后,通过仿真和实验对计算结果进行了验证,表明该文对高频环流的干扰分析以及对耦合互感的计算方法是正确并且有效的。

基于互感模型的混合封装电力电子集成模块内电磁干扰的研究

研究了大电流混合封装电力电子集成模块 (IPEM)内功率电路对控制驱动电路的电磁干扰问题研究表明 ,功率电路的内部环流通过互感耦合的方式会对IPEM内部的控制和驱动电路产生重要影响 ,特别是环流的高频分量为了对环流的EMI进行评估 ,建立了IPEM的内部环流实验模型另外 ,一种简化的基于局部元等效电路 (PEEC)原理的建模和计算方法被用于计算环流回路与控制和驱动回路之间的互感 ,实验证明结果是比较准确的 .

混合封装电力电子集成模块内的传热研究

采用混合封装电力电子集成模块的热模型对模块内功率电路向驱动保护电路印刷电路板(PCB)的传热进行了研究,确定了功率器件在不同的发热量下器件和驱动保护电路PCB上的最高温度.实体模块的测试结果与热模型的计算结果良好的一致性表明:功率器件到模块内铜基板底面间的热阻为0 45℃/W;驱动保护电路PCB受功率电路的传热影响显著;在自然对流散热的情况下,功率器件的温度达到85℃左右时,PCB上的最高温度已接近70℃,此时功率器件的发热量为45W.

电力电子标准模块通讯接口分析与设计

为了实现电力电子标准模块的互连,将三相电压源逆变器控制体系划分为5个接口,分析计算了各接口传递的变量和通讯所需要的带宽.根据各接口的带宽,按照电力电子系统集成要求确定了通讯体系的划分.采用USB接口设计了电力电子标准模块的通讯接口,完成了一个基于电力电子标准模块的三相电压源逆变器设计.结果表明,该电力电子标准模块通讯接口的设计和通讯体系的划分可以满足电力电子系统集成的要求.该通讯体系的划分可以随着通讯技术的发展,用于电力电子标准模块不同通讯接口的设计.

开关电源用电力电子集成模块的研究

对电力电子技术的未来发展方向进行了展望 ,指出电力电子集成技术出现和发展的原因及必然性。阐明了电力电子集成技术的概念和基本原理 ,并以开关电源为应用对象 ,设计了一种功率为 1.5kW的基于分立元件的电力电子集成模块 。

电力电子集成模块的封装结构与互连方式的研究现状

分析了传统大功率电力电子器件普遍采用的封装结构和互连方式存在的问题,对目前电力电子集成模块的集成与封装技术进行了分类和比较,介绍了各种新型封装结构与互连方式的原理、结构和设计方法。

混合封装电力电子集成模块内电磁干扰的屏蔽

混合封装有源电力电子集成模块(IPEM)是目前中功率范围内电力电子集成的主要方式。然而,IGBT与控制和驱动电路高密度地集成在一起,电磁干扰是非常重要的问题。研究发现,在IGBT开关瞬态,一个仅仅在直流母线和开关器件之间流动的高频环流是功率电路对控制和驱动电路产生电磁干扰的主要原因。为了抑制这个高频环流的影响,研究了在模块内施加平面电磁屏蔽层的作用和实际效果。结果证明,在模块内设计屏蔽层是改善模块内EMC,提高模块可靠性的有效和必要手段。

混合封装电力电子集成模块内功率电路对驱动保护电路的热影响

混合封装电力电子集成模块(IPEM)是目前中功率范围内电力电子集成的主要方式。IGBT器件与控制和驱动电路高密度地封装在一起,IGBT的发热对驱动保护电路会产生非常不利的影响,我们针对这个问题进行了研究。利用三维有限元法建立了模块内的传热模型,对不同发热功率下IGBT的结温以及驱动保护电路PCB的最高温度进行了计算和分析。另外,对功率电路与驱动保护电路PCB之间存在空气隙以及模块完全被密封后模块内的传热问题也进行了实验研究。

带光储系统的模块化电力电子变压器在配电网中的仿真研究

首先分析了带光储的模块化电力电子变压器(Modular Multilevel Converter Power Electronic Transformer,MMC-PET)在配电网中的优越性和MMC-PET对新能源接纳的优势,设计了一种模块化电力电子变压器新型拓扑结构,采用一种三重化的DC/DC变换器作为储能系统的接口,并提出一种储能变流器的协调控制,其中光储系统通过模块化电力电子变压器的低压直流母线接入,其次对模块化电力电子各级控制器和光储变流器控制器进行设计,最后利用Simulik进行仿真,其仿真结果验证了带光储系统的模块化电力电子变压器的技术优势。

电力电子集成模块中压接结构及其电接触特性

提出了一种在电力电子集成模块内使用的簧片压接互连工艺,该工艺具有很高的长期可靠性,核心是使用铍青铜制作的弹簧,该弹簧不仅提供足够的压接力,同时还实现可靠的电气连接。压接工艺具有十分优良的抵抗热应力的能力,并且工艺流程也很简单。研究了压接工艺的电接触特性。基于该工艺研制了一个4kW的半桥集成模块,并通过温度循环实验和功率考核实验证明了工艺的可行性。