在消費類和通用工業(yè)應(yīng)用中，針對小型交流電動機的逆變器設(shè)計師面臨著日益嚴格的效率、可靠性、尺寸和成本的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)上，許多小型逆變器設(shè)計采用離散功率器件封裝，并結(jié)合實現(xiàn)接口、驅(qū)動和保護功能所需的輔助組件。

這種方法需要較大的復(fù)雜PCB設(shè)計，以滿足驅(qū)動器和離散功率器件組合的所有間距和布局要求。另一個同樣令人困惑的問題是，當驅(qū)動器和功率器件的特性未能正確匹配時，如何保持一致的性能和可靠性。解決這些問題的另一種方案是使用集成功率模塊，該模塊包含所有所需的功率器件，以及與低壓和高壓集成電路(LVIC & HVIC)匹配的門驅(qū)動器和保護功能。最終，完全集成的封裝解決方案減少了庫存管理，并縮短了組裝時間，相比離散解決方案具有顯著優(yōu)勢。

在其智能功率模塊(IPM)方法取得成功的基礎(chǔ)上，三菱電機于1997年首創(chuàng)了DIPIPM?概念，基于使用緊湊的轉(zhuǎn)模引線框設(shè)計將裸功率芯片與LV/HVIC組合，從而在滿足模塊低成本需求的同時，保持優(yōu)化且可靠的一致性性能。

三菱電機的產(chǎn)品系列，包括表面貼裝的SP2SK模塊和高電流額定的Large DIPIPM+，其轉(zhuǎn)模IPM的功率范圍覆蓋了從數(shù)十瓦到超過12kW，如圖1所示。

拓撲結(jié)構(gòu)和保護功能

低功率范圍內(nèi)的硬開關(guān)電動機驅(qū)動器的拓撲結(jié)構(gòu)相似。為了實現(xiàn)最佳的成本和可靠性，所使用的半導(dǎo)體數(shù)量應(yīng)盡可能少。幾乎所有類型的伺服驅(qū)動器、家電逆變器、風(fēng)扇逆變器和泵逆變器的解決方案都是使用絕緣柵雙極晶體管(IGBT)的三相全橋。使用IGBT的優(yōu)點在于其高阻斷能力與較低的導(dǎo)通損耗，相比MOSFET技術(shù)具有更好的性能。圖2顯示了超級迷你DIPIPM?系列中使用的拓撲。

消費和工業(yè)產(chǎn)品市場變得越來越動態(tài)。智能家居技術(shù)和工業(yè)4.0(物聯(lián)網(wǎng))需求的趨勢促使設(shè)計師迅速開發(fā)下一代逆變器，且更加經(jīng)濟高效。在這里，三菱電機的轉(zhuǎn)模模塊以其高度集成、易于實施和具競爭力的成本解決方案在市場上脫穎而出。它們因緊湊的模塊輪廓和精心設(shè)計的引腳設(shè)計(具有良好的間隙和爬電距離)而能夠縮小逆變器的體積。此外，具有不同系列的產(chǎn)品組合提供了設(shè)計可擴展平臺逆變器的可能性，因為每個系列都有多個電流額定值可供選擇。提供的600V和1200V的阻斷電壓覆蓋了常用的單相和三相應(yīng)用。具有2.5kV(SP2SK模塊為1.5kV)額定隔離熱接口的UL認證以及低熱阻，使用戶安全設(shè)計的工作量降低，同時滿足工業(yè)使用的更高要求。此外，模塊中使用有機材料大幅降低了機械應(yīng)力，因為與陶瓷材料相比，其熱膨脹系數(shù)更好匹配。對于高功率額定值，模塊內(nèi)還模制了額外的內(nèi)部散熱片，以改善熱分布。

三菱電機的模塊由六個IGBT和單獨的自由輪回二極管或六個反導(dǎo)電IGBT(RC-IGBT)組成。為了便于對IGBT的控制，集成了一個或三個高側(cè)驅(qū)動IC、一個低側(cè)驅(qū)動IC，并根據(jù)系列情況集成三個帶有電流限制電阻的引導(dǎo)二極管。由于與HVIC集成的電平轉(zhuǎn)換器，三菱電機的轉(zhuǎn)模模塊可以通過單一的15V電源供電，并且可以直接由MCU控制，而無需進行高側(cè)開關(guān)的電隔離。所有芯片都直接安裝在引線框上，而不使用模塊內(nèi)部的PCB，從而提供市場領(lǐng)先的使用壽命性能。

低側(cè)IGBT的發(fā)射極是開放的，允許通過使用分流電阻實現(xiàn)對每個電動機相的獨立電流測量。通過獨立檢測三相電流，可以在用戶的控制框架中使用最先進的無位置傳感器機器控制。電流測量分流器的輸出信號還用于內(nèi)部短路保護，防止模塊在短路安全工作區(qū)域(SCSOA)外操作。此外，模塊集成了具有線性溫度-電壓依賴性的溫度輸出，便于實現(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測，并提供集成動態(tài)控制降額和可選的過溫保護的可能性。

所有離開生產(chǎn)線的三菱電機轉(zhuǎn)模模塊都經(jīng)過靜態(tài)和動態(tài)電氣特性的測試，并進行帶有電感負載的功能測試，以確保所交付產(chǎn)品的高質(zhì)量。所有結(jié)果都記錄在工廠的單獨的終端測試報告中。

封裝

電動機逆變器在各種應(yīng)用中都能找到。三菱電機提供不同的封裝，因此可以為每種需求提供最佳解決方案。

外形最小的模塊是表面貼裝的SP2SK模塊。除了DIPIPM系列的常見保護功能外，模塊還集成了聯(lián)鎖保護，防止高低側(cè)開關(guān)同時導(dǎo)通造成的短路。由于使用RC-IGBT技術(shù)，該模塊的緊湊性使其非常適合于功率較低的單相應(yīng)用，如洗碗機或風(fēng)扇。

如果目標是更高的功率額定值，SLIMDIP封裝是最佳選擇。它與SP2SK模塊使用相同的RC-IGBT技術(shù)，提供出色的緊湊性，采用通孔技術(shù)。它滿足家用電器中價格敏感的平臺逆變器的需求，功率范圍在0.5kW到1.5kW之間，結(jié)合精心設(shè)計的引腳，顯著縮短了產(chǎn)品上市時間。

采用Super Mini DIPIPM封裝，三菱電機為轉(zhuǎn)模IPM模塊設(shè)定了市場標準。它覆蓋了廣泛的電流額定值，允許精確選擇最適合的模塊。作為亮點，除了選擇硅IGBT和硅MOSFET模型外，還有兩款基于三菱電機長期經(jīng)驗的SiC MOSFET模塊可供選擇。

Mini DIPIPM封裝由于其更大的封裝，允許更好的散熱，因此具備更高的功率額定值。此外，增大的引腳間距允許某些型號使用1200V IGBT。

Large DIPIPM?封裝旨在滿足高功率逆變器的需求，適用于空間有限且優(yōu)先考慮PCB設(shè)計的情況。提供600V和1200V的阻斷電壓，以及廣泛的電流范圍。

DIPIPM+和大型DIPIPM+是最新的開發(fā)之一。基于三菱電機的經(jīng)驗和知識，該封裝包含三相整流器、三相全橋和可選的剎車IGBT。憑借最高水平的集成度和緊湊性，它為用戶提供了最完整的解決方案，縮短了組件決策過程和使用壽命評估。