罗姆半导体(上海)有限公司技术中心高级经理顾伟俊表示,普通功率模块是将需要用到的功率器件集合在一个封装里,然后在外围匹配合适的驱动和大量的外围电路才能成功驱动。而对于IPM来说,它将功率器件、相应的驱动电路以及周边的保护电路全部集成到模块中,对于应用来说,工程师就能像控制逻辑器件一样控制功率模块,不但节省空间,还非常易于设计。
近年来,随着物联网的普及,白色家电和工业设备的自动化进程加速,使得产品的功耗不断增加,为了有效利用有限的地球资源和电力,对进一步降低功耗的需求不断提高,与此同时,对于负责功率转换工作的功率半导体之一IGBT以及配备了IGBT的模块,也提出了进一步降低功耗的要求。
以空调市场为例,目前全球空调市场每年出货量约在1.5亿台左右。2020年7月1日,中国实施了新的能效标准,要求空调行业产品效率能够达到80%以上。此外,新增加的待机功耗要求,要将制冷能力4.5KW以下的机型的待机功耗从3W以下变为1W以下,这对待机效率提出了更严峻的挑战。
另一方面,在IGBT IPM的开发中,为了降低功耗通常会优先考虑低损耗,致使产品噪声特性恶化的情况较多,这就需要改善噪声特性。
在这种情况下,ROHM新开发出四款可同时降低辐射噪声和功率损耗、并在这两方面均实现了业内超高特性的IGBT IPM系列产品。
新产品特点:
1. 同时实现业内出色的降噪特性和低损耗特性
通过优化内置FRD(Fast Recovery Diode,快速恢复二极管)的软恢复性能和内置IGBT,使辐射噪声比普通产品低6dB以上(比较峰值时),这使得削减以往所需的噪声滤波器成为可能。此外,通过内置更低损耗的IGBT元件,降低了导通损耗和开关损耗,与以往产品相比,功率损耗降低6%(fc=15kHz时)。因其在业内具有超高特性,从而有助于降低各种设备的功耗。
2. 温度监控功能的精度显著提高,使削减外置热敏电阻成为可能
相比普通产品±5%(相当于5℃)(90℃时)的温度监控功能保证,新产品的精度大大改善,可达到与热敏电阻同等的保证精度±2%(相当于2℃)(同样90℃时) 。这使得削减以往高精度温度监控器所需的外置热敏电阻数量成为可能,从而有助于减少元器件数量和设计工时。
3. 具备安装于电路板后的产品识别功能,可防止误装
作为新功能,新产品增加了产品识别功能。通常,产品名称会印在模塑表面上,以往在电路板上安装后很难进行确认,但是本系列新产品可以通过阻抗测量仪识别已安装到电路板上的产品,有助于防止封装相同的其他公司产品和电流值不同的产品误装。
在IPM支持开发方面,罗姆提供了包括在线仿真在内的工具和产品,设计人员只需通过简单地输入应用条件便可得到相应的损耗,从而在开发之初就得以了解产品的效率。此外,罗姆还提供相应的应用原理方框图、物料清单、应用指南、评估版、以及更深入的仿真和热仿真支持,帮助工程师加以理解,能够更快的上手进行测试和研究。
顾伟俊说,根据罗姆的研究发现,变频空调在实际应用中80%的时间处于低功耗维持温度的工作状态,对这样的小电流应用工作环境而言,硅基MOS管相比IGBT有着有更高的效率。因此,罗姆针对于空调市场,还推出了使用自产PrestoMOS的高效率IPM产品,数据显示,在使用该产品之后,普通变频空调在常年的应用工作中,可以降低50%左右的功率损耗。