已獲廣泛接受、擁有15年歷史的MiniSKiiP系列現(xiàn)在有了兩個(gè)新的成員：三電平MiniSKiiP模塊​​和MiniSKiiP IPM。得益于其高功率密度、高可靠性和便捷的單螺絲安裝方式，MiniSKiiP模塊已被證明是非常成功的。

      與任何競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的產(chǎn)品相比，三電平MiniSKiiP的每模塊面積提供了最大的額定電流，由于開關(guān)損耗減少了，它還有助于在太陽能和UPS逆變器應(yīng)用中提高效率。由于無需耗費(fèi)時(shí)間開發(fā)驅(qū)動(dòng)器，所以IPM解決方案對(duì)于客戶來說意味著開發(fā)時(shí)間短。這些改進(jìn)將有助于MiniSKiiP系列將其自身建成一個(gè)逆變技術(shù)中的標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)。

      有超過1500萬塊MiniSKiiP模塊被安裝在全球各地的驅(qū)動(dòng)器和變流器中。特別是，歐洲的逆變器制造商在最高為30kW的低功率應(yīng)用中使用這些模塊。這些應(yīng)用的四分之三是用于泵、機(jī)器臂、印刷機(jī)或壓縮機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)器。預(yù)計(jì)今年這一數(shù)字將再增加三百萬。除了已有的歐洲市場(chǎng)，MiniSKiiP系列也正在亞洲市場(chǎng)獲得進(jìn)展。該產(chǎn)品目前可以在賽米控網(wǎng)上銷售平臺(tái)www.sindopower.cn網(wǎng)站上直接訂購(gòu)，確保滿足客戶對(duì)可靠供應(yīng)的需求。得益于更低的損耗，新的三電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)提高了IGBT半導(dǎo)體模塊的效率，相應(yīng)也提高了功率逆變器的整體效率。這就是為什么未來幾年三電平MiniSKiiP模塊將成為標(biāo)準(zhǔn)的原因，尤其是在太陽能逆變器和不間斷電源系統(tǒng)中。

      在空調(diào)系統(tǒng)和工業(yè)驅(qū)動(dòng)器中，MiniSKiiP IPM將繼續(xù)取得進(jìn)展。這些模塊具有一個(gè)集成驅(qū)動(dòng)器和相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電路，并擁有優(yōu)化的開關(guān)特性。這意味著驅(qū)動(dòng)器的任何應(yīng)用都無需特別定制，事實(shí)上這類應(yīng)用約占80%左右。其結(jié)果是柵極驅(qū)動(dòng)器不必再需要適應(yīng)功率模塊，采用MiniSKiiP IPM的產(chǎn)品面市時(shí)間短得多 - 這是在歐洲和亞洲都追求的目標(biāo)。

圖1. 得益于其所具有的市面上最高的電流密度和無需占用空間的母線的設(shè)計(jì)，三電平MiniSKiiP模塊允許用于結(jié)構(gòu)緊湊型的三電平逆變器。

更高的效率、更低的成本

      能源成本在過去十年增加了約40%左右，使得用逆變器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制越來越有吸引力。除了效率高以外，可節(jié)省能源成本，逆變器損耗減少，從而使得整個(gè)逆變器的成本降低。高效率是非常重要的，特別是在UPS系統(tǒng)和太陽能逆變器市場(chǎng)中。正是這些市場(chǎng)將從三電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中在提高效率和改善線路質(zhì)量方面受益。

      事實(shí)上，首個(gè)三電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)大約是在30年前提出的。然而，逆變器市場(chǎng)上的技術(shù)進(jìn)步在這一方向上不夠快。首先，因?yàn)樾实脑颍撆渲眠^去是用于高壓應(yīng)用。今天，除了UPS系統(tǒng)和太陽能逆變器，也能夠在需要高開關(guān)頻率的應(yīng)用中找到這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。由于其損耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)的二電平解決方案，三電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)最多可減少高達(dá)40%的整體損耗 – 并且開關(guān)頻率越高，減少的越多。

三電平結(jié)構(gòu)減少了諧波

      開關(guān)損耗減少是二電平和三電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)之間首要的、根本的區(qū)別，這是因?yàn)槿娖降耐負(fù)浣Y(jié)構(gòu)的開關(guān)電平只有二電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的一半。三電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的模塊可能需要更多的功率半導(dǎo)體 – 三電平模塊中每個(gè)橋臂有10個(gè)半導(dǎo)體（四個(gè)串聯(lián)的IGBT），二電平模塊中為4個(gè)。但是，這在某種程度上被600V半導(dǎo)體比1200V半導(dǎo)體所具有的更高電流密度所補(bǔ)償。同時(shí)帶來幾個(gè)優(yōu)勢(shì)的另一個(gè)不同之處是改善的濾波性能。為了保持諧波盡可能的少，兩電平模塊需要大的濾波器，而三電平模塊有一個(gè)用于輸出電壓的中間級(jí)。這樣，輸出信號(hào)好得多，也就是說，它變得更加和諧，從而濾波器的尺寸變小，相應(yīng)濾波器成本也可以減少。

      輸出電壓信號(hào)的質(zhì)量更好，或者相同開關(guān)頻率下較低的失真因子，在電力能源供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)中非常重要。由于逆變器在電網(wǎng)中不會(huì)帶來正弦電流，這些諧波，簡(jiǎn)而言之，使線電壓產(chǎn)生畸變，線電壓的THD（總諧波失真）小，相當(dāng)于線路中電壓質(zhì)量好。由于輸出電流的低失真因子，需要高開關(guān)頻率的應(yīng)用并不需要諸如昂貴的線路濾波器這樣的設(shè)備。也可以優(yōu)化這樣的應(yīng)用，以抑制辦公室或工廠工作環(huán)境中的逆變器噪音。

單步安裝

      三電平MiniSKiiP模塊的布局已進(jìn)行了優(yōu)化：四個(gè)不同的換流路徑覆蓋的面積最小，端子盡可能靠在一起。這樣一來，模塊的電感和由此而產(chǎn)生的過電壓保持最小。此外，由于使用了彈簧觸點(diǎn)，三電平MiniSKiiP模塊的功率密度高達(dá)4.9 A/cm³，比采用管腳的模塊高0.7 A/cm³，比采用螺絲連接的模塊高1.9 A/cm³。在MiniSKiiP系列中，每模塊面積的額定電流幾乎是其它三電平模塊的兩倍之多，并且在三相之間無需堅(jiān)實(shí)的母線。這一事實(shí)，再加上上面提到的更小的濾波器，使得有可能制造出較小的逆變器。

圖2. 三電平MiniSKiiP功率密度與競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手模塊的對(duì)比

      MiniSKiiP模塊的組裝很簡(jiǎn)單：采用單個(gè)螺絲將模塊、散熱器和驅(qū)動(dòng)板安裝在一起，建立額定電流為150A的電氣和熱連接。無需耗時(shí)的焊接工藝，由于采用了彈簧觸點(diǎn)技術(shù)，如果需要，可以很容易地更換PCB。換句話說，單步安裝，另一個(gè)將有助于使MiniSKiiP成為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)點(diǎn)，可以使每個(gè)逆變器的裝配節(jié)約5美元，不論外殼的大小。

圖3.競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的焊接模塊（左）和MiniSKiiP（右）組裝的對(duì)比。由于MiniSKiiP模塊便捷的單螺絲安裝，可以顯著地減少逆變器的生產(chǎn)成本。由于使用了彈簧觸點(diǎn)技術(shù)，不再需要復(fù)雜的生產(chǎn)步驟和費(fèi)時(shí)的焊接工藝。

集成驅(qū)動(dòng)器，更便于逆變器的開發(fā)

      所有這些組裝方面的優(yōu)勢(shì)也適用于MiniSKiiP IPM。然而，對(duì)于一個(gè)容積為49cm³的外殼，與其他拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具有可比性的IPM相比，這些優(yōu)勢(shì)不僅多提供了50%以上的電流密度，而且還提供了額外的功能，因?yàn)轵?qū)動(dòng)器已經(jīng)集成在里面了。采用SOI（絕緣襯底上的硅）技術(shù)的HVIC（高壓集成電路）驅(qū)動(dòng)器包含一個(gè)創(chuàng)新的電平轉(zhuǎn)換器，控制高側(cè)或低側(cè)的IGBT，以提高抗電磁干擾能力和開關(guān)性能。除了驅(qū)動(dòng)器，所使用的電阻使IPM能夠涵蓋80%的應(yīng)用。這一點(diǎn)對(duì)于中小企業(yè)特別有吸引力，一方面，不必?fù)?dān)心驅(qū)動(dòng)器的集成，另一方面，不需要相關(guān)的驅(qū)動(dòng)器開發(fā)能力。只有控制器需要進(jìn)行編程和集成。

圖4. 帶有集成驅(qū)動(dòng)器的MiniSKiiP IPM為用于工業(yè)驅(qū)動(dòng)器與UPS應(yīng)用的逆變器而開發(fā)，這些應(yīng)用的電壓范圍為600V和1200V，輸出功率高達(dá)15kW。MiniSKiiP IPM基于MiniSKiiP的彈簧觸點(diǎn)技術(shù)。

      在IPM模塊中使用集成驅(qū)動(dòng)器意味著自由度降低，尤其是整個(gè)系統(tǒng)自適應(yīng)方面。出于這個(gè)原因，為了給用戶足夠的配置可能性，MiniSKiiP IPM有一個(gè)用于電流監(jiān)測(cè)的ITRIP輸入和一個(gè)額外的多用途、具有較高開關(guān)閾值的錯(cuò)誤輸入。這些輸入在應(yīng)用中提供額外的適應(yīng)自由度。每個(gè)MiniSKiiP模塊​都​帶有一個(gè)合適的集成溫度傳感器。

豐富的產(chǎn)品系列

      MiniSKiiP從封裝結(jié)構(gòu)上來分為四種，分別為MiniSKiiP0, MiniSKiiP1, MiniSKiiP2，MiniSKiiP3，外殼封裝尺寸有所不同，不同的封裝對(duì)應(yīng)的功率范圍不同，因此MiniSKiiP擁有寬泛的功率范圍。

      產(chǎn)品系列包括IPM模塊，CIB高集成度模塊，單相或三相逆變模塊，其電壓等級(jí)被設(shè)計(jì)為600V和1200V兩個(gè)系列，電流等級(jí)從4A至150A，在1200V系列模塊中，IGBT集成了CAL I4二極管，可以使芯片工作結(jié)溫達(dá)到175℃. 三電平逆變模塊可以用在30-80KVA的輸出設(shè)備中。

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總結(jié)

      MiniSKiiP在電力電子世界久負(fù)盛名。這些模塊因其出色的功率密度和便捷的組裝而出類拔萃。事實(shí)上，為了連接MiniSKiiP模塊、PCB板和散熱器，只需一個(gè)螺絲。PCS上所有的電源、柵極和輔助連接均使用壓接觸點(diǎn)，而非焊接觸點(diǎn)。得益于彈簧觸點(diǎn)系統(tǒng), 這個(gè)系統(tǒng)相對(duì)于其他競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手IGBT模塊的一個(gè)獨(dú)特賣點(diǎn)就是, 電氣接觸具有更長(zhǎng)的使用壽命和更高的可靠性，整個(gè)系統(tǒng)的抗振性得到提高。隨著MiniSKiiP系列的成員的增加 - 低失真、高效的三電平MiniSKiiP和集成了驅(qū)動(dòng)器的MiniSKiiP IPM - 這些模塊使得在許多新的應(yīng)用領(lǐng)域中的逆變器成本低且效率高。