MBRP600100CT

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产品说明

大功率肖特基模块在高频电镀电源的应用

 

深圳鹏电致远电子有限公司

 

关键词：大功率肖特基  高频电源 电镀电源

快恢复二极管：

MBRP600100CT   600A  100V

MBRP500100CT  500A  100V

MBRP400100CT   400A   100V

MBRP300100CT   300A   100V

MBRP300200CT  300A   200V

MBRP400200CT   400A   200V

肖特基二极管：

MBR300100CT  300A  100V

MBR400100CT  400A  100V

MBRP500100CT   500A   100V

MBRP600100CT   600A   100V

 

摘要：本文述说了国产大功率肖特基模块最近的进展、应用于高频电镀电源的前景和应用中应当注意的诸多问题以及解决问题的方法。

近年来，国产大功率肖特基模块已经做到额定电流600A(每管300A)，反向电压250V的水平。其中600A/50-200V的大功率萧特基模块已经量产，其主要指标已经优于进口同类产品，而价格却比进口同类产品低三分之一。

由于大功率萧特基模块的正向压降比大功率硅快恢复模块要低许多，故前者比后者在以低输出电压为特点的高频电镀电源来说，它的功率消耗会大幅度减少。（按较好水平来对比两者的额定电流时的正向压降，大功率萧特基模块约0.75V，而大功率硅快恢复模块要达0.96V）。很明显快恢复模块要比萧特基模块多消耗28%的电能，这在输出负载电压6-8V的电镀电源来说，就这一点效率就能提高3-5%之多，这仅仅是其一。

其二，快恢复模块在高频开关时半导体P-N结存在恢复时间，且结温越高恢复时间越大，工作电流越大恢复时间也越大。在恢复时间内，模块流过的电流还未降下来以前又同时加上反向电压，因此此时功耗很大。这就限制了快恢复模块在更高频率的应用。虽然可以对流过的电流稍加移相来减少恢复时间内的电压电流交叠来减低开关功耗，但仅能改善而本质不变。要求快恢复模块的恢复时间更短也是不切合实际的，恢复时间越短其正向压降越大，结果还是功耗增大。似乎，路走到头了。

相比之下，萧特基模块是属于多数载流子器件，它本质上在高频开关时半导体-金属结不存在恢复时间，因此它可用于很高的频率。众所周知，高频电镀电源使用更高频率以后可以进一步降低成本、减少体积，提高用电效率，使产品提高了竞争力。因此迎来了柳暗花明。

由于大功率萧特基模块的正向压降的离散性比快恢复模块要少，它的应用还减低了正向压降匹配的工作量。

实践证明，高频电镀电源使用大功率萧特基模块后（其它条件不变），其模块表面温升可减低14-22度。电源效率提高8%以上。

目前高频电镀电源的输出电流基本上在几千安到十万安，因而使用了大量的大功率模块并联，因此，要解决以下的实际问题：

A：同一高频电镀电源使用的模块，其正向压降的离散性要严格控制。实践证明，600A的双管模块在每管通过300A时其动态内阻约0.4毫欧上下，也就是说，正向压降相差20毫伏就会使通过的电流相差50A之多，其消耗的功率亦相差很多。为了高频电镀电源的产品质量和兼顾成本，将正向压降分组到相差15毫伏以内是明智的选择。为了取得测试的重复性，不但测试仪器性能要好，还要求测试环境恒温，因为温度每变化1度就会导致正向电压变1.5-2毫伏。

测试仪器的性能除测试的重复性外，测试脉冲宽度也极为重要，有的厂家测试脉冲宽度达10ms，一边测试一边在升温，就不能保持测试的重复性。

B：双管模块在两臂正向压降相差较大时还有更为严重的后果；现在的高频电镀电源的功率越来越大，磁芯已经基本上使用了非晶芯，但非晶芯很容易因为次级两侧输出电流的不平衡而偏磁，导致磁场饱和，这一来初级的IGBT模块极易击穿烧毁。为了IGBT模块的安全，就要求两臂正向电压差要小。

要大批量使用大功率萧特基模块，不但要测试正向电压且分组使用，还应考察供货方对封装在同一管内的芯片的正向压降的平衡性，现时大功率萧特基模块基本上是2-4个管芯并联成一管，如哪一个管芯正向压降最低，就流过最多的电流，为整机的损坏打了埋伏。

前面提到了动态内阻；在测试正向压降时，要顺便测试一下动态内阻，将动态内阻过大的模块剔除。因为动态内阻过大往往是管芯表面硅-金属欧姆接触不良，这类模块寿命很短。另外，动态内阻小后，抗正向浪涌能力也大。

降额使用：在动态内阻、正向压降配合不是很好时，只能将模块电流降额使用，一般降额到60%。当动态内阻、正向压降配合较好时，降额到80%即可。所以动态内阻、正向压降配合较好可以节省整机成本。

反向电压：选模块反向电压为变压器次级峰压的3-4倍已经足够，如选得太高其正向压降也高，容易发热，价格也高。反而得不偿失。

C：在最高使用结温下加正弦半波的反向电压到额定值，剔除波形曲线弧形上翘过大和波形曲线破碎者。因为波形曲线破碎者是有裂片或反向异常，曲线弧形上翘过大代表即将击穿。

D：大功率萧特基模块由于自身开关特性好，开关过程中易产生高频振荡。产生的高频振荡附加在输出电压中，会使模块自身耐电压余量降低，还干扰周围的线路而触发误动作等一系列事故。解决问题的方法是将合适容量的高频无感电容就近焊接在大功率萧特基模块上，引线越短越好。

E：大功率萧特基模块的散热要求亦很高，因为管芯的巨大发热要容易地传导到散热器上。所以从管芯-内钼片-模块铜底座-散热片-环境(空气或冷却水)的稳态热阻的降低都很重要。其中模块铜底座-散热片-环境(空气或冷却水)的稳态热阻靠整机厂和用户来解决。模块铜底座-散热片间尽量不用绝缘片，还须涂抹尽量薄的含导热微粉的涂料。散热片和环境(空气或冷却水)的接触面应尽量大，散热片材料应当是为导热特别设计的，具有高导热的能力。

对于管芯-内钼片-模块铜底座的热阻是靠模块的生产厂家解决的。因而要大批量使用大功率萧特基模块，还需考察模块的生产厂家的工艺；要求管芯-内钼片和内钼片-模块铜底座的焊锡材料尽量薄，以减低稳态热阻。有自动焊接条件的生产厂家，模块的稳态热阻更能保证低而且一致。另外；含银的焊锡材料其稳态热阻可进一步降低。

有条件时，应该将模块样品送专门机构检测一下稳态热阻。

近十多年来，国内外均开发了铜-陶瓷-铜复合材料来代替内钼片和铜底座，它的突出优点是膨涨系数接近硅，因而可省去内钼片。由于材料很薄，其稳态热阻又比铜底座低，还减少了一层焊接层热阻，因此总热阻更低。该复合材料在大功率模块中的应用因而很有前途。

F：正因为高频电镀电源使用了大量整流模块，其输入端线路较长且线路含强大的高频电流，要大力减少线路电感和导线的趋肤效应。

减少线路电感的办法为；

1; 用宽而扁的载流条，以减少线路电感。

2; 来往载流条尽量靠近以最大限度的抵消线路电感。

3; 多路并联以减少每路的线路长度。

减少趋肤效应的办法为；多条薄的载流条叠合，以增大表面积。这在频率

达40KC以上时较为突出。

G：由于萧特基模块的抗正向浪涌能力弱于快恢复模块，因而电源线路对输出短路的保护反应要求更快。这可在保护线路中解决。

综上所述，近年国内大功率萧特基模块的发展给高频电镀电源水平的进一步提高奠定了很好的基础，它促使电镀电源向高频化、轻量化、低成本、高效率更上一层楼。为环境节能、低碳排放作出了有益的贡献。

 

                                       

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