加速低碳化跃迁，智能功率模块如何让热泵更智能？

随着企业向低碳未来迈进，市场越来越需要更高效的功率半导体。开发功率半导体解决方案的关键目标在于，尽量降低系统总成本和缩小尺寸，同时提高效率。于是，智能功率模块 (IPM) 应运而生，并成为热泵市场备受瞩目的解决方案。这种模块结构紧凑、高度集成，具有高功率密度以及先进的控制与监测功能，非常适合热泵应用。

热泵（图 1）由电力驱动，可以满足供暖、制冷和除湿需求，是一种成熟的可持续供暖解决方案。热泵是家庭和办公室的环保之选，有助于我们逐渐摆脱对化石燃料的依赖，转向使用更多的可再生能源技术。随着全球对能源安全和气候承诺的关注，热泵正在成为室内和热水供暖系统脱碳的主要工具。

根据国际能源署 (IEA) 的数据，全球热泵的安装数量预计将从 2020 年的 1.8 亿台增加至 2030 年的约 6 亿台。与传统化石燃料锅炉相比，热泵的效率至少要高出三倍，因此备受青睐。预计到 2030 年，热泵在单体建筑物中的安装数量将从目前的每月 150 万台增加到约 500 万台（数据来源：国际能源署）。在美国，《通胀削减法案》为购置热泵提供税收抵免和补贴，覆盖费用的比例具体取决于家庭的资格条件，最高可达 100%。

图 1：热泵工作原理

IPM 广泛用于各种应用和系统。由于高度集成，无论是在功率级、驱动器还是保护方面，IPM 都有助于缩短开发周期。

图 2：三相热泵框图

安森美 (onsemi) 最近发布了新的 1200 V SPM31 IPM 系列产品，为三相变频应用设立了新标准。这一突破性技术不仅满足了持续增长的节能需求，还致力于降低系统成本和提升整体性能。可以预见的是，具有全新和改进功能的 SPM31 IPM 将在热泵市场上产生深远影响。

图 3：1200 V SPM31 IPM

由于该技术大力降低了电磁干扰 (EMI)，与上一代产品相比，SPM31 IPM 的功率损耗降低了多达 10％，功率密度提高了多达 9％，IGBT 芯片尺寸缩小了 20％。功率密度的提高有助于设计人员简化布局，腾出热泵系统中的宝贵空间，同时提高效率。SPM31 IPM 提供多种额定电流选项，范围从 15 至 35 安培 (A) 不等。

图 4：SPM31 IPM 尺寸

• 欠压锁定：SPM31 IPM 可防止欠压情况导致系统出现不可预测的操作或对系统造成的损坏。

• 过流关断：此功能可防止过大电流对系统造成永久性损坏。

• 热监测：SPM31 IPM 可以准确感测温度，有助于实现良好的热管理，避免出现过热情况。

• 故障报告：这些模块可检测各种故障并向系统报告，为潜在问题提供早期预警信号。

此外，SPM31 IPM 采用直接键合铜衬底，热性能出色。这些功能增强了模块的稳健性，使其适合各种应用场景。SPM31 IPM 用途广泛，非常适合暖通空调、热泵、变频驱动器 (VFD)、工业泵和风机以及伺服电机等各种变频驱动应用。

图 5：SPM31 IPM 的横截面

除了 SPM31，安森美还提供了其他多款多功能 IPM 产品系列。

图 6：IPM 的应用场景

这些模块应用场景广泛，可实现高效紧凑的解决方案，有望在多个行业引发变革。