为了降低VVVF变频器在开关频率下工作所产生的EMI噪声电平，实现用电力半导体动力开关替代短接充电电阻的机械接触器，以提高变频器工作的稳定性和可靠性，并用IGBT和FRED串接的制动电路来实现变频器发生故障时,能将回馈能量消耗在制动电阻上的目的。开发了一种用混合集成技术把由超快恢复二极管(FRED)组成的三相整流桥,晶闸管(SCR)动力开关和IGBT与FRED串接的制动器组成一个VVVF变频器专用模块(以下简称专用模块)。检测和实用表明，这种模块能使变频器降低EMI噪声电平15分贝(dB)，并使变频器装置具有体积小、成本低、工作安全可靠。本文将简要介绍这种模块的组成、功能、设计、内部结构、制作特点以及主要技术参数。
1引言
硬件结构模块化是当今电力电子技术发展方向之一，模块化结构有利于提高装置的密集性、效率和可靠性，同时也可缩短产品进入市场的周期，降低生产成本，提高企业在市场中的竞争力。
专用模块主要用于由大功率开关器件(IGBT,功率MOSFET,IGCT等)制成的带直流环的VVVF变频器。目前VVVF变频器大都采用由普通整流二极管(SD)组成的三相整流桥模块向逆变电路提供直流电源，用机械接触器来短接充电限流电阻，
采用这些分立部件的VVVF变频器具有EMI噪声电平高，机械接触器的触点因带弧频繁开关或因带粉尘和潮湿环境的影响而使触头经常损坏，致使变频装置工作的可靠性和稳定性降低，寿命缩短。而若采用专用模块，则三相整流桥由普通SD改用FRED，机械接触器改用SCR半导体动力开关以及采用由FRED与IGBT串接的制动开关后，可使VVVF变频器的EMI噪声电平降低15分贝(dB)，从而大大降低EMI低通滤波器的电感和电容量及其尺寸，从而缩小滤波器的体积，降低成本。又因实现了SCR动力开关，使短接充电电阻的开关寿命几乎达到永久性水平。同时利用IGBT制动开关可实现当变频器短路或逆变失败时，利用触发IGBT，能将储藏在逆变电路中的回馈能量消耗在制动电阻上，从而使VVVF变频器能够很快恢复到工作状态。
2专用模块的组成及其功能
2.1专用模块的组成
专用模块是由七个反向恢复时间(trr)为纳秒级的FRED芯片、一个高电压、大电流的IGBT芯片和一个高压、大功率SCR芯片按一定电路连接后，共同封装在一个PPS加40%玻璃纤维的工程塑料外壳内制成，并采用RTV、环氧树脂、硅凝胶等三重密封保护，大大提高了模块的密封性，从而提高其工作的稳定性和可靠性。专用模块中的六个FRED芯片连成一个三相整流桥，一个IGBT芯片和一个FRED芯片串联成一个制动器，而一个SCR芯片串联在三相整流桥的正输出端作为动力开关。
2.2模块的功能
2.2.1用专用模块替代分立的SR三相整流桥模块、机械接触器和分立的IGBT开关后，使之具有体积小、重量轻、结构紧凑、可靠性高、外接线简单、互换性好、便于维修和安装等特点。由于电路连线已在模块内完成，并采用与PCB板一样能刻蚀出各种图形结构的AlNDBC覆铜板，因此大大缩短了模块内元器件之间的连线，并减少连线数，使装置电路的寄生电感和寄生电容值大大降低，有利于实现装置的高频化。此外，由于专用模块的各主电极端子、控制极端子和辅助接线端子与模块铜底板之间具有大于2.5kV以上的有效值绝缘耐压VISO，使之能与装置内其它各种模块(如IGBT模块、功率MOSFET模块、FRED模块等)共同安装在同一接地的散热器上，有利于装置体积的进一步缩小，简化装置结构设计，这特别适用于对空间要求十分严格的军事、航天、航空等领域的应用，并达到节材节电的目的。
2.2.2由于EMI低通滤波器内存在电容器，致使三相整流桥的输入电压变得非常“硬”，在此情况下，当三相整流桥内的整流二极管电流从一个整流二极管支路换相到另一个整流二极管支路时，在整流二极管重新恢复反向阻断能力之前，有一个很短的犹如短路状况的时间间隔，此时将产生一个较高的di/dt电平和反向恢复峰值电流(IRM)，而IRM又取决于di/dt值，并随di/dt的增高而增大。此外，由于变频器内开关器件(IGBT、功率MOSFET、IGCT)和FRED的高速通断转换，使之产生高的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(EMI)，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。当采用反向恢复时间(trr)短(纳秒级)和反向恢复峰值电流小的FRED替代SD后，就可完全消除这种影响。对装置的EMI检测表明，当逆变器的频率在10～200kHz范围内，可使EMI噪声电平降低15分贝(dB)，若采用trr在1微妙左右的快恢复二极管(FRD)时，则可降低EMI噪声电平10分贝(dB)〔1〕，从而可降低滤波器的电感和电容值，并缩小它们的外形尺寸，因而减少成本，并降低变频装置对电网及周边设备的污染和干扰。同容量FRED(a)和SD(b)的反向恢复峰值电流波形的比较。trr(a)比trr(b)短得多，而同容量FRED的IRM约为SD的左右，这就大大有利于整流桥内整流二极管快速重新恢复反向阻断能力和因IRM的减小而降低di/dt值，有利于EMI噪声电平的降低。
2.2.3用SCR替代机械接触器，实现了无触点的电力半导体动力开关的目的，避免了因带弧开关和潮湿、粉尘等环境条件的影响，使机械接触器的触头经常损坏的现象，因而提高了装置的工作稳定性和可靠性，延长装置的寿命。
2.2.4用不可控三相整流桥向变频器的逆变电路供电时，不能实现功率的双向传输，也无法实现电动机快速和频繁的制动要求，更不能实现当变频器短路或逆变失败时，将储存在逆变电路中的能量立即馈送到交流工频电网的要求，为此采用IGBT与FRED串联电路作为动力制动单元，实现了将回馈能量耗散在制动电阻上的目的。
3专用模块的工艺结构设计及其特点
在模块的设计和制作过程中，将涉及到电力半导体芯片的焊接、封装和布线连结、热传导、材料应力、电磁干扰、气密性等多项工艺设计技术问题。
3.1根据三相整流桥共阴和共阳连线的情况，利用FRED正烧(阴极在上，阳极在下)和反烧(阳极在上，阴极在下)的结构，在DBC板上刻蚀出共阳线CA和共阴线CC，将正烧的FRED1、FRED2和FRED3焊在CA线上，将反烧的FRED4、FRED5和FRED6焊在CC线上，从而减少了连线数，并简化了工艺结构，同时为了连线方便，FRED7亦采用反烧结构。
