智能功率模块如何提升工业系统能效
智能功率模块(ipm)广泛用于变频空调压缩机驱动、户内户外风扇驱动和功率校正电路。近年来，泵和工业风扇领域因为对紧凑化的要求，也开始使用ipm产品进行设计，随着变频系统和伺服驱动应用于工业机器人等新兴领域，ipm的高可靠性设计也开始大显神威。安森美半导体的ipm阵容强大，技术领先，功率等级从50 w至7.5 kw，满足各种不同的应用需求，并持续研发更高功率密度和能效、更可靠的ipm，拓展工业应用领域，以助力提升工业能效，并满足工业新兴领域的需求。
什么是ipm？
ipm在一个封装模块中高度集成mosfet和igbt等分立功率器件、高低压驱动芯片和外围阻容器件、二极管，实现比分立方案更灵敏准确的保护功能、更简单的外围元器件设计、更简化的生产工艺和更好的散热性能。
图1：ipm的优势
ipm基板技术
ipm可以无需绝缘垫片直接与外部散热器相连，不但简化了散热的工艺难度，而且也降低了热阻。ipm的这种优点基于ipm基板技术。
直连铜基板(dbc)、陶瓷基板和绝缘金属基板(imst)是三种不同的ipm基板技术，各有优缺点，可基于不同的应用需求使用不同的基板技术。dbc技术热阻最低，可实现最高的电流密度，但工艺难度较高，成本最高。陶瓷基板技术成本稍低，易于量产，适用于功率密度稍高、同时对成本有较高要求的领域，和dbc工艺一样，隔离电压大于4kv，但受制于工艺本身，贴装的器件比较有限。imst技术易贴装各类电阻电容和电感器件，但热阻较大，所以电流低。
新的spm®49用于5kw至7.5kw的空调、逆变器、泵和风扇
spm的优点之一就是高度的集成化设计，但因为引脚定义各家供应商不相同，造成客户对单一供应商的担心，安森美半导体的spm®49在封装上兼容“m”公司的large dip系列产品，可以消除客户对“独家”供应商的担心。
spm®49采用先进的沟槽型igbt，比平面型igbt功率密度更高，使用dbc基板技术，热阻极低，因而有更高的热性能，尺寸为79mm*31mm*8mm，相比large dip，spm®49爬电距离更远，绝缘性能更优。同时，针对电机驱动领域，spm®49采用短路耐受型的igbt，可承受长达5 us以上的短路耐受时间。安森美半导体已推出的spm®49是650 v、50a的nfal5065l4b和650 v、75a的nfal7565l4b，未来将陆续推出1200v的10a、25a、35a和50a电流等级产品。
针对相同封装尺寸的spm®49和large dip产品，我们在相同条件下进行了测试，结果显示在所有工作频率 / 输出电流测试条件下，安森美半导体的spm®49产品nfal7565l4bt的壳温都比竞争对手低。
新的spm®31用于3kw至5kw的空调、逆变器、泵和风扇
spm®31引脚兼容m公司的mini dip产品，消除客户对独家供应商的担忧，采用先进的650v沟槽型igbt和dbc技术，热阻降低12%左右，由于引线引脚和螺丝孔兼容设计，所以无需pcb再设计，且侧面无虚设引脚的先进封装工艺使爬电距离更远，便于散热器设计灵活性改进，此外，内置热敏电阻ntc实现更精确和直接的检测，便于客户的热设计。安森美半导体已推出的spm®31产品是650 v、30a的nfam3065l4b和650 v、50a的nfam5065l4b，未来将陆续推出1200v的5a、10a、20a电流等级产品。
针对相同封装尺寸的spm®31和mini dip产品，我们在相同条件下进行了测试，结果显示在所有工作频率 / 输出电流测试条件下，安森美半导体的spm®31产品nfam5065l4bt的壳温和损耗都比竞争对手低，尤其在更高频率、重载的情况下，热性能优势明显。
spm®34用于达7.5kw的空调、逆变器、泵和风扇
spm®34覆盖达7.5kw的功率等级，采用先进的650v 和1200v 沟槽型的短路耐受 igbt，和dbc基板技术，散热性极佳，在工业领域有着很多的成功案例。
表1：spm®34 (达7.5kw)
成熟的spm®3v(达5kw) 广泛用于从空调到工业变频器领域
spm®3v产品最高功率等级为5kw，是最为成熟的ipm产品，从空调到工业变频器领域均有广泛使用，覆盖了1200v的10a到20a的系列产品，而600v更是覆盖了从15a到50a的全电流等级产品，采用先进的650v 和1200v 沟槽型的短路耐受 igbt，和dbc基板技术，散热性极佳，并通过热侦测实现全面的保护功能。
表2：spm®3v(达5kw)
spm® 45用于500w 至 2.2kw的泵、紧凑型工业逆变、白家电
spm® 45是兼顾散热和成本的高性价比方案，电流覆盖从5a 到30a，内置自举二极管和热敏电阻，引脚复用功能可满足客户更多需求，统一封装兼容1p到3p空调，具有极佳的电磁兼容性能、温度特性，和完善的保护性能。
表3：spm® 45(500w 至 2.2kw)
dip-s6/ dip-s用于200w至1.1kw的白家电
dip-s6/dip-s产品比spm® 45系列功率密度更高，且内置的驱动芯片可实现直通保护，当控制型号将一个桥臂的上下管同时导通时，dip-s6/dip-s产品将屏蔽其中一个信号，避免桥臂直通损坏模块。
功率因数校正(pfc)模块
在pfc模块领域，安森美半导体提供适用于无桥pfc、升压pfc和交错并联pfc等各种pfc拓扑的产品，高度集成功率器件驱动电路，内置热敏电阻，从而提高功率密度，易于pcb布局和设计，电流等级从20a到75a全部覆盖。
表4：安森美半导体提供适用于各种pfc拓扑的模块
值得一提的是，安森美半导体最新的交错式并联功率因数校正模块nfl25065l4b，其功率器件部分内置了两颗第四代短路耐受能力的igbt、两颗碳化硅(sic)二极管及驱动芯片，无需客户再进行驱动电路设计，并集成了单相整流桥二极管，同时使用热敏电阻对壳温进行探测，具备优化的电磁兼容性能，单个igbt功耗和在实际负载工作条件下的壳温都较前代fpam50lh60降低，且导通时的电流和电压振铃都减小，关断时的拖尾电流明显改善，损耗更小。
sip方案广泛用于200 w至1kw的工业变频器和泵
sip系列覆盖600 v、5a/10a/15a额定值，新的sip-k采用新的igbt 及 frd 工艺、第3代沟槽igbt、极快速二极管，和imst基板技术，比现有sip 方案实现更小的封装尺寸，且引脚定义相同，易于替代，广泛用于工业变频器和泵。
spm8、spm5和spm7用于低于200 w的中小功率等级的白家电
针对冰箱、洗衣机、洗碗机和风扇风机在内的低于200w的中小功率等级，安森美半导体提供spm8、spm5和spm7产品，其紧凑化设计可实现产品的高功率密度需求，最小的spm7产品将6个mos、4个驱动芯片和众多外围电路集成在一个拇指盖大小的模块中，将风扇电机的物理结构与驱动设计合二为一。
总结
安森美半导体提供1200v和650v/600v全系列的ipm产品，最高功率等级7.5kw，满足工业电机驱动、暖通空调(hvac)、工业逆变、泵、工业风扇、白家电等各种应用需求，并针对新兴工业应用更紧凑和更高能效的趋势持续开发新的产品，基于新一代沟槽型的短路耐受igbt技术、先进的dbc和imst基板技术及丰富的封装，提供更高的能效、功率密度、热性能和可靠性，助力提升工业系统能效。而且，安森美半导体的ipm封装和晶圆基地遍布全球，并不断扩大相关的晶圆和封测产能，以满足日益增长的客户需求。
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ipm可以无需绝缘垫片直接与外部散热器相连，不但简化了散热的工艺难度，而且也降低了热阻。ipm的这种优点基于ipm基板技术。
直连铜基板(dbc)、陶瓷基板和绝缘金属基板(imst)是三种不同的ipm基板技术，各有优缺点，可基于不同的应用需求使用不同的基板技术。dbc技术热阻最低，可实现最高的电流密度，但工艺难度较高，成本最高。陶瓷基板技术成本稍低，易于量产，适用于功率密度稍高、同时对成本有较高要求的领域，和dbc工艺一样，隔离电压大于4kv，但受制于工艺本身，贴装的器件比较有限。imst技术易贴装各类电阻电容和电感器件，但热阻较大，所以电流低。
新的spm®49用于5kw至7.5kw的空调、逆变器、泵和风扇
spm的优点之一就是高度的集成化设计，但因为引脚定义各家供应商不相同，造成客户对单一供应商的担心，安森美半导体的spm®49在封装上兼容“m”公司的large dip系列产品，可以消除客户对“独家”供应商的担心。
spm®49采用先进的沟槽型igbt，比平面型igbt功率密度更高，使用dbc基板技术，热阻极低，因而有更高的热性能，尺寸为79mm*31mm*8mm，相比large dip，spm®49爬电距离更远，绝缘性能更优。同时，针对电机驱动领域，spm®49采用短路耐受型的igbt，可承受长达5 us以上的短路耐受时间。安森美半导体已推出的spm®49是650 v、50a的nfal5065l4b和650 v、75a的nfal7565l4b，未来将陆续推出1200v的10a、25a、35a和50a电流等级产品。
针对相同封装尺寸的spm®49和large dip产品，我们在相同条件下进行了测试，结果显示在所有工作频率 / 输出电流测试条件下，安森美半导体的spm®49产品nfal7565l4bt的壳温都比竞争对手低。
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spm®31引脚兼容m公司的mini dip产品，消除客户对独家供应商的担忧，采用先进的650v沟槽型igbt和dbc技术，热阻降低12%左右，由于引线引脚和螺丝孔兼容设计，所以无需pcb再设计，且侧面无虚设引脚的先进封装工艺使爬电距离更远，便于散热器设计灵活性改进，此外，内置热敏电阻ntc实现更精确和直接的检测，便于客户的热设计。安森美半导体已推出的spm®31产品是650 v、30a的nfam3065l4b和650 v、50a的nfam5065l4b，未来将陆续推出1200v的5a、10a、20a电流等级产品。
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