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      热泵背后的技术:智能功率模块
    时间:2024-11-18 09:01:40    作者:华体会登录界面

      是一种既高效又环保的供暖方式,其可靠性和实用性已得到充分验证。它是推动全球向永续供暖趋势发展的核心力量,运行所需的电力具有低排放的特点。在与传统锅炉、低排放氢能以及其他再次生产的能源和常规建筑系统相比时,效能是评估透过改用热泵,欧盟(EU)可以大幅度减少用于取暖的天然气用量。由于俄罗斯与乌克兰之间持续冲突,导致天然气价格涨至最高点,这也将有利于减少天然气的使用量。2021 年全球热泵销售增长率超过 15%,是前十年增长率的两倍。欧盟的销售额增长了惊人的 35%,这是推动此一增长的重要的因素。预计2021~2026年的复合年增长率(CAGR)为 9.5%,全球热泵市场的收入将从 2021 年的 532 亿美元增至 2026 年的 835 亿美元。欧盟的热泵安装量预计将比 2021 年大幅度增长 335%,至 2030 年将超过 670 万台。根据一份 EIA 报告说明,至2030 年,全球热泵安装量将从 2020 年的 1.8 亿台增加到约 6 亿台。热泵是一种用于制冷和供暖的多功能、高效能技术。热泵可以透过换向阀改变制冷剂的流动方向,达到供暖或制冷。在此过程中,空气透过蒸发器盘管,促进热能从空气转移到制冷剂。热能在制冷剂中循环,然后透过冷凝器盘管释放开来,同时风扇将空气吹过盘管。在此过程中,热能从一个位置传递到另一个位置,如图一所示。随着努力实现未来无碳排放,具有高效马达控制能力的功率半导体需求量很大。在提高效率的同时减小系统的整体尺寸和成本至关重要。压缩机和泵的新效能规定的实施,需要将电子控制电机融入设计中,这为电力电子设计人员带来了额外的挑战。在冷却系统中使用带有(IPM)技术的变频系统,已被广泛认可较非变频系统减少30%的电力消耗。IPM 透过精确调节输送到三相电机的电流的频率和电压,来调节热泵系统中变频压缩机和风扇的功率流(图二)。高效控制电机有助于达到压缩机和泵更高的效能标准。选择高效能、结构紧密相连的 IPM 产品不仅能节约能源,还能让设计人员节省安装空间,提高性能,同时缩短开发周期。例如:)公司的SPM31系列1200V IGBT就是三相热泵应用的理想解决方案。SPM31系列IPM整合了最新的场截止7(FS7)IGBT技术和第七代二极管技术,实现了卓越的效率和稳固性。这两项技术显着降低了电磁干扰(EMI),减少功率损耗,并提高功率密度。这些模块配备了栅极驱动IC以及诸如欠压锁定、过流关断、温度监控和故障报告等其他保护功能(图三)。

      此外,与上一代解决方案和其他 IPM 替代产品相比,SPM31 IPM 的尺寸更小(54.5 mm x 31mm x 5.6 mm)(图四)。SPM31 解决方案实现了高功率密度、更高性能和更低的系统总成本。由于在较小的封装尺寸内具有很强的稳定性,因此是节省安装空间的理想解决方案。

      SPM31产品结构的目标是实现减小占用面积及增强可靠性的低功耗模块。为此,SPM31 采用新型 FS7 IGBT 技术、基于压铸模型封装的增强型直接覆铜(Direct Bonded Copper;DBC)基板,以及新型栅极驱动高压集成电路(HVIC)来实现。SPM31 用于驱动低压侧 IGBT 的低压集成电路(LVIC)具有温度感应功能,可提高系统的整体可靠性。LVIC 可产生与其温度成正比的模拟信号。该电压用于监控模块的温度,并实施必要的保护的方法以防止过热。SPM31的一个相关特性是其整合的HVIC能高效工作,将逻辑电平的栅极输入转换为隔离的、不同电平的栅极驱动,这对于模块内高压侧IGBT的高效运行至关重要。每个相位都有独立的 IGBT 负极端子,以适应任何操控方法。对于大功率应用而言,封装的散热能力对于确保所需性能至关重要。高质量封装技术的关键,在于能够保持出色散热性能的同时优化封装尺寸,并且不降低绝缘等级。SPM31组件采用DBC基板技术,使其具备卓越的散热性能,这项技术提高了可靠性和散热能力。功率芯片被物理固定在DBC基板上(图五)。

      热泵的性能预计将是普通燃料锅炉的三倍,至2030 年,热泵的安装量将增加三倍,从每月 150 万台增加到约 500 万台。例如SPM31 IPM系列等功率半导体技术,不仅仅可以提高热泵系统的效率,还将减少能源消耗和碳排放。