全桥电路是DC-DC和DC-AC中最为常用的拓扑结构。完整的全桥电路包括功率电路(图3-1a)、驱动保护电路和控制电路(图3-1b)三部分。由于功率电路的发热量大,通常的方法是将功率电路采用混合封装工艺单独封装,而本文假设采取的方法是将功率电路、驱动保护电路和控制电路进行一体化封装,形成全桥式电力电子模块,这大大提高全桥电路使用的方便性和可靠性,同时其内部热流密度提高,传热问题变得突出。图3-1c是一个假设的全桥式电力电子模块,该全桥模块可以广泛地应用于中等功率单相UPS(Uninterruptible Power Supply),单相马达驱动,谐振式变换器和移相全桥DC-DC开关电源中。
模块功率电路采用通常的IGBT模块封装工艺来制作:将Al2O3或AlN敷铜陶瓷板—DBC(Direct bond copper)焊接到铜基板上,DBC的上层铜箔被腐蚀出电路图形,用于焊接硅片,600V/100A的IGBT和快恢复二极管(Fast Recovery Epitaxial Diode,FRED)焊接在DBC上,连接引线端子以及实现芯片之间的互连。硅片的顶端电极(IGBT的发射极、栅极和二极管的阳极)与DBC之间通过铝丝键合工艺(Wire-bond technology)实现连接。控制和驱动保护电路采用常规方法被安装在印刷电路板(Printed Circuit Board, PCB)上,驱动保护电路与功率电路之间用金属柱进行互连。为了简化分析,这里假设整个功率电路被硅凝胶灌封保护[9]。