熱泵的重要性
根據歐盟統計局數據，在歐盟消耗的所有能源中，約 50% 用於供暖和製冷，而且超過 70% 仍然來自化石燃料（主要是天然氣）。在住宅領域，約 80% 的最終能源消耗用於室內和熱水供暖。
熱泵（圖 1）由電力驅動，可以滿足供暖、製冷和除濕需求，是一種成熟的可持續供暖解決方案。熱泵是家庭和辦公室的環保之選，有助於我們逐漸擺脫對化石燃料的依賴，轉向使用更多的可再生能源技術。隨著全球對能源安全和氣候承諾的關注，熱泵正在成為室內和熱水供暖系統脫碳的主要工具。
根據國際能源署 (IEA) 的數據，全球熱泵的安裝數量預計將從 2020 年的 1.8 億台增加至 2030 年的約 6 億台。與傳統化石燃料鍋爐相比，熱泵的效率至少要高出三倍，因此備受青睞。預計到 2030 年，熱泵在單體建築物中的安裝數量將從目前的每月 150 萬台增加到約 500 萬台（數據來源：國際能源署）。在美國，《通脹削減法案》為購置熱泵提供稅收抵免和補貼，覆蓋費用的比例具體取決於家庭的資格條件，最高可達 100%。
IPM 在提升熱泵效率方面的作用
在熱泵系統中，智能功率模塊 (IPM) 對於控制變頻器壓縮機和風扇的功率流起著至關重要的作用。（圖 2）這些模塊負責調節三相電機的供電頻率和電壓，有助於實現更高的壓縮機和泵能效標準。例如，在製冷器中，與非變頻系統相比，採用 IPM 的變頻系統可降低 30% 的能耗。
IPM 廣泛用於各種應用和系統。由於高度集成，無論是在功率級、驅動器還是保護方面，IPM 都有助於縮短開發周期。
安森美 (onsemi) 最近發布了新的 1200 V SPM31 IPM 系列產品，為三相變頻應用設立了新標準。這一突破性技術不僅滿足了持續增長的節能需求，還致力於降低系統成本和提升整體性能。可以預見的是，具有全新和改進功能的 SPM31 IPM 將在熱泵市場上產生深遠影響。
更高的效率和功率密度
SPM31 IPM 採用最新的第 7 代 IGBT 場截止 (FS7) 技術，具備高效率和高穩健性。優化的開關單元設計和緩衝配置，以及窄電氣參數分布，可消除單個和並聯器件操作中的短路振盪現象。此外，該技術還採用亞微米溝槽柵單元間距，增加了通道密度，降低了導通損耗。同時，經過優化的柵極電容確保了平滑的開關波形和較低的開關損耗。發射極一側採用多層 FS 技術增強了阻斷能力，減小了漂移層厚度，從而降低了導通和開關能量損失。FS7 IGBT 的開發側重於優化 Vcesat 和 Eoff，以實現先進的器件性能。
由於該技術大力降低了電磁干擾 (EMI)，與上一代產品相比，SPM31 IPM 的功率損耗降低了多達 10％，功率密度提高了多達 9％，IGBT 晶片尺寸縮小了 20％。功率密度的提高有助於設計人員簡化布局，騰出熱泵系統中的寶貴空間，同時提高效率。SPM31 IPM 提供多種額定電流選項，範圍從 15 至 35 安培 (A) 不等。
先進功能確保可靠運行
安森美的 SPM31 IPM 配備了一系列先進功能，以確保可靠運行。這些模塊包括柵極驅動器 IC 和各種模塊級保護功能，例如：
- 欠壓鎖定：SPM31 IPM 可防止欠壓情況導致系統出現不可預測的操作或對系統造成的損壞。
- 過流關斷：此功能可防止過大電流對系統造成永久性損壞。
- 熱監測：SPM31 IPM 可以準確感測溫度，有助於實現良好的熱管理，避免出現過熱情況。
- 故障報告：這些模塊可檢測各種故障並向系統報告，為潛在問題提供早期預警信號。
此外，SPM31 IPM 採用直接鍵合銅襯底（圖 5），熱性能出色。這些功能增強了模塊的穩健性，使其適合各種應用場景。SPM31 IPM 用途廣泛，非常適合暖通空調、熱泵、變頻驅動器 (VFD)、工業泵和風機以及伺服電機等各種變頻驅動應用。
除了 SPM31，安森美還提供了其他多款多功能 IPM 產品系列。（圖 6）
這些模塊應用場景廣泛，可實現高效緊湊的解決方案，有望在多個行業引發變革。
熱泵應用的重大飛躍
SPM31 IPM 為熱泵應用帶來了重大突破。這款 IPM 結構緊湊，性能出色，能助力工程師設計出更高效、更可靠且更具成本效益的工業應用系統。
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