전원 모듈

전력 모듈에서 수십 개의 다이를 병렬로 연결하여 고전력 IGBT(여기서 3300V, 1200A 스위치)를 구한다.

개방된 IGBT 모듈, 와이어 본드를 통해 서로 다른 반도체 다이(die)가 연결되는 반면 외부 커넥터는 리드프레임 구조에 연결됨

전력 모듈 또는 전력 전자 모듈은 여러 전력 구성 요소, 대개 전력 반도체 소자에 대한 물리적 격납을 제공한다.이러한 전력 반도체(일명 다이)는 일반적으로 전력 반도체를 운반하고 필요한 경우 전기 및 열 접촉 및 절연 기능을 제공하는 전력 전자 기질에 납땜되거나 소결된다.TO-247 또는 TO-220과 같은 플라스틱 하우징의 이산형 전력 반도체에 비해, 전력 패키지는 더 높은 전력 밀도를 제공하며 많은 경우에 더 안정적이다.

모듈 토폴로지

단일 전력 전자 스위치(MOSFET, IGBT, BJT, 사이리스터, GTO 또는 JFET) 또는 다이오드를 포함하는 모듈 외에, 고전적 전력 모듈에는 위상이라 불리는 특정 구조의 전기 회로를 형성하기 위해 연결되는 복수의 반도체 다이(Die)가 포함되어 있다.모듈에는 또한 전환 전압 오버슈트를 최소화하기 위한 세라믹 캐패시터와 모듈의 기판 온도를 모니터링하기 위한 NTC 서미스터와 같은 다른 구성품이 포함되어 있다.모듈에서 광범위하게 사용할 수 있는 토폴로지의 예는 다음과 같다.

반팔 다이오드가 있는 스위치(MOSFET, IGBT),
4개(1상) 또는 6개(3상) 다이오드를 포함하는 교량 정류기
하프 브리지^[1](스위치가 2개 있고 그에 상응하는 항타렐 다이오드가 있는 다리
H-Bridge (스위치 4개 및 해당 항타렐 다이오드)
부스트 또는 파워 계수 보정(고주파수 정류 다이오드가 하나 또는 두 개 있는 스위치 하나 또는 둘)
ANPFC(스위치 2개와 그에 상응하는 항타렐 다이오드와 4개의 고주파수 정류 다이오드가 있는 동력 계수 보정 다리)
3레벨 NPC(I-Type) (스위치가 4개인 다단계 인버터 레그와 그에 상응하는 항타렐 다이오드가 있음)
3레벨 MNPC(T-Type) (스위치가 4개인 다단계 인버터 다리와 그에 상응하는 항타렐 다이오드가 있음)
3레벨 ANPC(스위치가 6개인 다단계 인버터 레그와 그에 상응하는 항타렐레 다이오드)
3 레벨 H6.5^[2] - (6개의 스위치(고속 IGBT 4개/느린 IGBT 2개) 및 고속 다이오드 5개로 구성)
3상 인버터^[3](스위치 6개 및 해당 항타렐 다이오드)
전력 인터페이스 모듈(PIM) - (입력 정류기, 전력 계수 보정 및 인버터 단계 유지)
IPM(Intelligent Power Module) - (전원 스테이지를 전용 게이트 드라이브 보호 회로와 함께 유지).또한 입력 정류기 및 전력 계수 보정 단계와 통합될 수 있다.)

전기 상호접속 기술

기존의 나사 접점 외에도 핀 접점(PCB에 장착됨), PCB vias에 압입된 프레스핏 접점, PCB의 접촉 영역을 본질적으로 누르는 스프링 접점 또는 부식-프로가 있는 순수 압력 접점을 통해 모듈과 전력 전자 시스템의 다른 부분 사이의 전기 연결을 달성할 수 있다.표면적을 직접 압착한다.^[4]프레스 핏 핀은 매우 높은 신뢰성을 달성하고 납땜 없이 장착 공정을 용이하게 한다.^[5]프레스핏 연결부에 비해 스프링 접점은 예를 들어 모듈의 검사나 교체와 같이 연결부를 여러 번 쉽고 비파괴적으로 제거할 수 있는 장점이 있다.^[6]두 접촉 유형은 단면적이 상대적으로 낮고 접촉 표면이 작기 때문에 전류 운반 능력이 다소 제한적이다.따라서 모듈에는 각 전원 연결부에 대해 여러 개의 핀 또는 스프링이 포함되어 있는 경우가 많다.

현재 연구 및 개발

현재 R&D의 초점은 비용 절감, 전력 밀도 증가, 신뢰성 증가, 기생충 덩어리 원소의 감소에 있다.이러한 파라시틱스는 회로 부품과 회로 트레이스의 인덕턴스 사이의 원치 않는 캐패시턴스다.예를 들어, 두 가지 모두 인버터로 작동할 경우 모듈의 전자기 방사선(EMR)에 부정적인 영향을 미칠 수 있다.파라시틱스와 관련된 또 다른 문제는 전력 반도체의 스위칭 거동과 스위칭 손실에 부정적인 영향을 미친다는 것이다.따라서 제조업체는 비용을 낮게 유지하면서 모듈의 기생 요소를 최소화하고 제2의 소스(기타 제조업체)의 모듈과 높은 수준의 상호 호환성을 유지한다.최적화를 위한 또 다른 측면은 열원(다이스)과 열싱크 사이의 소위 열 경로다.열은 땜납, DCB, 베이스플레이트, 열접점 재료(TIM) 및 열싱크의 대부분을 통과해야 하며, 공기 같은 기체성 매체나 물이나 기름과 같은 유체 매체로 전달된다.현대의 실리콘 카바이드 전력 반도체는 전력 밀도가 높아져 열전달 요건이 높아지고 있다.

적용들

전원 모듈은 산업용 모터 드라이브, 임베디드 모터 드라이브, 무정전 전원 공급 장치, AC-DC 전원 공급 장치 및 용접기 전원 공급 장치와 같은 전력 변환 장비에 사용된다.

풍력터빈, 태양광 발전 패널, 조력 발전소, 전기 자동차(EV) 등 재생 에너지용 인버터에서도 전력 모듈이 널리 발견되고 있다.

역사

최초의 무전위 전원 모듈은 1975년 세미크론에 의해 시장에 소개되었다.^[7]전력 모듈의 라이프사이클에 대한 아이디어를 제공하는, 아직 생산 중이다.

제조자

참고 항목

참조

외부 링크

세미크론 어플리케이션 매뉴얼 전력 반도체^{[permanent dead link]}: 전력 반도체 어플리케이션 및 전력 모듈 기술에 대한 광범위한 정보
Eltek Flatpack2 48V HE 전원 모듈의 예, 고효율 정류기

[1] "Power Modules Products Vincotech".

[2] ttp://www.power-mag.com/pdf/feature_pdf/1418228828_Vincotech_Feature_0714_Layout_1.pdf^{[bare URL PDF]}

[3] "Power Modules Products Vincotech".

[4] ttps://www.researchgate.net/publication/260424145_DCB-based_low-inductive_SiC_modules_for_high_frequency_operation

[5] ttp://www.infineon.com/pressfit-product-information^{[데드링크]}

[6] ttp://www.semikron.com/dl/service-support/downloads/download/semikron-flyer-skim-2014-04-08.html^{[영구적 데드링크]}

[7] ttp://www.semikron.com/dl/service-support/downloads/download/semikron-application-manual-power-semiconductors-english-en-2010-11.pdf^{[영구적 데드링크]}

[8] ttps://www.vincotech.com/

[9] "Power Semiconductors Fuji Electric".

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