IPM在電力機車(chē)大功率開(kāi)關(guān)電源中的應用研究

摘要：智能功率模塊IPM在電力電子領(lǐng)域的應用越來(lái)越廣泛。在此詳細描述了IPM的結構和外型，著(zhù)重闡明了IPM中的自我保護機制，以便于蝙程實(shí)現。同時(shí)，結合在研項目“電力機車(chē)模塊化分布式大功率開(kāi)關(guān)直流穩壓電源”的設計與開(kāi)發(fā)，分析了IPM作為大功率高頻逆變器應用時(shí)的相關(guān)注意事項，給出了具體設計的電路圖和選型資料。通過(guò)實(shí)際現場(chǎng)調試，現場(chǎng)保護靈敏度高，運行穩定可靠。
關(guān)鍵詞：IPM；保護機制；IGBT；逆變器

隨著(zhù)電子技術(shù)的發(fā)展，功率半導體技術(shù)已經(jīng)成為現代電力電子技術(shù)的核心。以絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)為代表的功率器件，在眾多工業(yè)控制領(lǐng)域得到越來(lái)越廣泛的應用。IGBT作為一種典型的雙極性MOS復合型功率器件，集MOSFET與GTR(大功率晶體管)的優(yōu)點(diǎn)于一身，既具有輸入阻抗高，開(kāi)關(guān)速度快，熱穩定性好和驅動(dòng)電路簡(jiǎn)單的長(cháng)處，又具有通態(tài)電壓低，耐壓高和承受電流大的優(yōu)點(diǎn)。IPM(intelligent power
module)作為一種智能功率模塊，它以IGBT為基礎，內部集成了邏輯、控制、檢測和保護電路，與普通IGBT相比，在系統性能和可靠性上均有很大的提高，同時(shí)由于IPM通態(tài)損耗和開(kāi)關(guān)損耗都比較低，使散熱器的尺寸減小，故整個(gè)系統的體積減小了很多，適應了功率器件的發(fā)展方向，從而應用領(lǐng)域越來(lái)越廣。

1 IPM的基本結構
1．1 IPM結構形式
IPM是由高速低功耗的IGBT芯片和優(yōu)先的門(mén)級驅動(dòng)及保護電路構成，如圖1所示。根據內部功率電路配置的不同，IPM分為H型、D型、C型和R型4種。圖中，H型內部封裝1個(gè)IGBT，D型內部封裝2個(gè)IGBT，C型內部封裝6個(gè)IGBT，R型內部封裝7個(gè)IGBT。


1．2 IPM的內部機制
IPM內部設有柵極驅動(dòng)控制電路、故障檢測電路和各種保護電路，采用帶有電流傳感器的IGBT芯片，用以監測IGBT的主電流。而內部故障保護電路主要用以檢測過(guò)流、過(guò)熱和欠壓等故障。圖2為IPM功能框圖。