三相超快恢复二极管FRED整流桥开关模块

匹配问题，通过环氧树脂的浇注固化工艺或环氧板的间隔，实现上下壳体的结构联结，以达到较高的防护强度和气闭密封，并为主电极引出提供支撑。为了保证外壳成形时不形变，必须采取局部加厚和加强筋等措施，并尽可能使各处壁厚一致，以防在成型过程中由于不均匀的凝固和收缩，使厚壁处产生气泡和变形，严重影响外壳质量。

　　3 主要应用领域、功效和技术参数

　　3.1主要应用领域

　　三相FRED整流桥开关模块主要用于由大功率高频开关器件(IGBT、功率MOSFET、IGCT等)制成的，带中间直流环节的变频装置内，如VVVF变频器、UPS、大功率SMPS、高频逆变焊机、伺服电机驱动放大器和高频感应加热装置等逆变装置内。图3和4分别示出了VVVF变频器和高频逆变焊机的电原理图。

　　目前，图中的D1～D6均采用三相普通整流二极管整流桥模块，R为充电限流电阻，K为机械接触器，其作用是对充电限流电阻进行短接。

　　3.2功效

　　用“三相FRED整流桥开关模块”替代分立的“三相普通整流桥模块”和机械接触器，就可达到以下的功效：

　　(1)在变频电路中，由于开关器件(IGBT、功率MOSFET、IGCT等)和FRED的高速开关，就产生高的di/dt和dv/dt，结合电路的寄生电感和电容，使之产生大量的电磁干扰(Electromagnetic Interference ,EMI),这样使变频装置的输入端产生较大的共模干扰和差模干扰，从而产生谐波和波形严重失真。用FRED替代普通整流二极管(SR)后，由于FRED的反向恢复时间Trr(纳秒级)比SR(微秒级)的短得多，而同容量的FRED反向恢复电流IRM只有SR的1/2～1/3，如图5所示，这样在10KHZ∽200KHZ频率范围内可降低EMI噪声电平15分贝(db)[4]，因而使抑制或消除EMI干扰的低通滤波器内电感器和电容器尺寸缩小，成本降低，并减少变频装置对电网的污染，使其更能符合国内外EMI标准的要求。当然，目前FRED要比SR贵，但从总价以及对某些特殊应用场合(如航天、航空、军用以及要求空间限制的场合)以及变频装置更符合EMI标准要求的角度来说，采用三相FRED整流桥模块是非常必要的。随着FRED规模生产的发展，成品率的提高，其成本将大幅度降低，本模块的应用前景广阔。

　　(2)用晶闸管替代机械接触器，实现了电力半导体无触点动力开关的目的，避免了因接触器带电弧开关和潮湿或带粉尘环境的影响使触 头经常损坏的现象，而半导体无触点开关的寿命理论上是永久性的，因而使变频装置的可靠性和稳定性大大提高，并使装置的寿命延长和体积缩小。

　　(3)用三相FRED整流桥开关模块替代分立的SR三相整流桥模块和机械接触器，非但能减少和缩短它们间的相互联线，而且大大缩小了体积，这十分有利于空间要求十分严格，可靠性要求很高的军事、航天、航空领域以及艇、船等特殊应用领域，达到简化设计，提高装置模块化程度。

　　3.3主要技术参数

　　4 模块的制作工艺技术

　　4.1简化的焊接工艺

　　模块制作技术的核心技术是焊接工艺，目前存在着热板焊接工艺、回流(隧道炉)焊接工艺、真空焊接工艺以及真空加气体保护焊接工艺等。本公司从2004年开始研发和小批量生产FRED模块时，采用了适合规模生产的氢(H2)、氮(N2)混合气体保护、铝丝健合、高低温二次隧道炉和热板炉焊接工艺，并取得了一定的成果。但考虑到FRED高频芯片结构不同于IGBT和功率MOSFET结构的现实，在解决了一次焊接工装模具的设计和制造后，找出了隧道炉各区的分布温度、焊接温度、焊接时间和传送带速度之间的最佳匹配关系，达到了精确控制升温速度，恒温时间和冷却速度等关键焊接工艺参数后，本项目采用了氢(H2)、氮(N2)混合气体保护的隧道炉一次焊接工艺。由二次焊接加铝丝键合工艺改为一次焊成工艺后，使生产周期几乎缩短(5—8)%，成本降低约6%，还可不用购置价格昂贵的铝丝键合设备和热板炉，大大节约了投资。同时还可减少一些不必要的、且预留隐患的铝丝键合工艺，因为实践表明，铝丝键合点的脱落和虚焊以及因铝丝的长短、数量、键合点位置等因高频趋肤效应和互感效应使铝丝过热而损坏，是模块损坏的主要因素。目前本公司正在开发“真空+气体保护”焊接工艺，增加焊层厚度，这将大大提高焊接质量，达到无空洞的100%有效焊层。

　　2)独特的结构设计

　　图6和图7分别示出了“三相FRED整流桥模块内部结构联线示意图”和“DBC板上FRED芯片、SCR

芯片及电极引出线示意图”，根据三相整流桥共阳和共阴的联结特点，FD1、FD2和FD3采用反烧结构(阳极在上、阴极在下)的FRED芯片，而FD4、FD5和FD6采用正烧结构(阴极在上，阳极在下)的FRED芯片，并利用DBC板的刻蚀图形形成三相整流桥的共阳和共阴公共联线，如图7所示，因而模块内部结构设计