IPM簡(jiǎn)化電路系統 單相逆變器設計應用于其中

智能功率模塊(IntelligentPowerModule，IPM)以開(kāi)關(guān)速度快、損耗小、功耗低、有多種保護功能、抗干擾能力強、無(wú)須采取防靜電措施、體積小等優(yōu)點(diǎn)在電力電子領(lǐng)域得到越來(lái)越廣泛的應用。以PM200DSA060型IPM為例。介紹IPM應用電路設計和在單相逆變器中的應用。

智能功率模塊(IPM)的結構

IPM由高速、低功率IGWT、優(yōu)選的門(mén)級驅動(dòng)器及保護電路構成。其中，IGBT是GTR和MOSFET的復合，由MOSFET驅動(dòng)GTR，因而IPM具有GTR高電流密度、低飽和電壓、高耐壓、MOSFET高輸入阻抗、高開(kāi)關(guān)頻率和低驅動(dòng)功率的優(yōu)點(diǎn)。

根據內部功率電路配置情況，IPM有多種類(lèi)型，如PM200DSA060型：IPM為D型(內部集成2個(gè)IGBT)，其內部功能框圖如圖1所示，內部結構如圖2所示。內有驅動(dòng)和保護電路，保護功能有控制電源欠壓鎖定保護、過(guò)熱保護、過(guò)流保護和短路保護，當其中任一種保護功能動(dòng)作時(shí)。IPM將輸出故障信號FO。

IPM內部電路不含防止干擾的信號隔離電路、自保護功能和浪涌吸收電路。為了保證IPM安全可靠。需要自己設計部分外圍電路。智能功率模塊(IPM)的外部驅動(dòng)電路設計

IPM的外部驅動(dòng)電路是IPM內部電路和控制電路之間的接口，良好的外部驅動(dòng)電路對以IPM構成的系統的運行效率、可靠性和安全性都有重要意義。

由IPM內部結構圖可見(jiàn)，器件本身含有驅動(dòng)電路。所以只要提供滿(mǎn)足驅動(dòng)功率要求的PWM信號、驅動(dòng)電路電源和防止干擾的電氣隔離裝置即可。但是.IPM對驅動(dòng)電路輸出電壓的要求很?chē)栏瘢候寗?dòng)電壓范圍為13.5V~16.5V，電壓低于13.5V將發(fā)生欠壓保護，電壓高于16.5V可能損壞內部部件，驅動(dòng)信號頻率為5Hz-20kHz，且需采用電氣隔離裝置。防止干擾：驅動(dòng)電源絕緣電壓至少是IPM極間反向耐壓值的2倍(2Vces)，驅動(dòng)電流達19mA一26mA，驅動(dòng)電路輸出端的濾波電容不能太大，這是因為當寄生電容超過(guò)100pF時(shí)。噪聲干擾將可能誤觸發(fā)內部驅動(dòng)電路。

圖3所示是一種典型的高可靠性IPM外部驅動(dòng)電路方案。來(lái)自控制電路的PWM信號經(jīng)R1限流，再經(jīng)高速光耦隔離并放大后接IPM內部驅動(dòng)電路并控制開(kāi)關(guān)管工作，FO信號也經(jīng)過(guò)光耦隔離輸出。其中每個(gè)開(kāi)關(guān)管的控制電源端采用獨立隔離的穩壓。15V電源，且接1只10μF的退耦電容器(圖中未畫(huà)出)以濾去共模噪聲。Rl根據控制電路的輸出電流選取.如用DSP產(chǎn)生PWM，則R1的阻值可為330Ω。R2根據IPM驅動(dòng)電流選值，一方面應盡可能小以避免高阻抗IPM拾取噪聲。另一方面又要足夠可靠地控制IPM?？稍?kΩ~6.8kΩ內選取。C1為2端與地間的O.1μF濾波電容器，PWM隔離光耦的要求是tPLH10kV/μs，可選用HCPIA503型、HCPIA504型、PS204l型(NEC)等高速光耦，且在光耦輸入端接1只O.1μ的退耦電容器(圖中未畫(huà)出)。FO輸出光耦可用低速光耦(如PC817)。IPM的內部引腳功能如表1所示。

圖3的外部接口電路直接固定在PCB上且靠近模塊輸入腳，以減少噪聲和干擾，PCB上布線(xiàn)的距離應適當，避免開(kāi)關(guān)時(shí)干擾引起的電位變化。

另外，考慮到強電可能造成外部驅動(dòng)電路到IPM引線(xiàn)的干擾，可以在引腳1~4間，3~4間，4~5間根據干擾大小加濾波電容器。

智能功率模塊(IPM)的保護電路設計

由于IPM本身提供的保護電路不具備自保護功能，所以要通過(guò)外圍硬件或軟件的輔助電路將內部提供的：FO信號轉換為封鎖IPM的控制信號，關(guān)斷IPM，實(shí)現保護。

1、硬件