智能功率模塊及其在變頻調速中的應用
宋凌鋒 宋 凱 宋立偉(哈爾濱工業(yè)大學150001)
袁敬安(哈爾濱理工大學)
【摘 要】介紹智能功率模塊的結構、自保護特性和接f：i電路的設計，并以一具體實例說明其在變頻調速系統(tǒng)中的應用。
l 引 言
intllimod-3智能功率模塊lpm(intelligent power modules，以下簡稱智能模塊)是一種幾個高速、低功耗的igbt和****選的門驅動電路集成為一體的混合電路器件。它通過采用先進的電流檢測型igbt和與之相匹配的門控電路，實現(xiàn)高效的自保護功能。智能模塊的使用能縮短系統(tǒng)的設計時間和提高系統(tǒng)的可靠性，并使系統(tǒng)硬件電路簡單緊湊。大大減小系統(tǒng)尺寸。有人總結其特點是，用于變頻控制的靈活簡單的黑匣子。
2智能模塊
2．1智能模塊的結構
intllimod系列的器件開發(fā)了三種類型，每種類型都有其獨特的電氣和機械的****設計，滿足不同的應用要求；同時智能模塊提供了四種不同的主電路(電源回路)結構：單組件(h)、雙組件(d)、六組件(c)和七組件(r)，如圖1所示。
i型智能模塊在智能模塊系列中是功率****的，這組器件造價相當低，封裝形式緊湊
簡單，采用一個以環(huán)氧樹脂為主的絕緣系統(tǒng)。這類ipm非常適用于低成本和緊縮尺寸的應用場合。
2型智能模塊的主電路是類型r，屬于中型功率器件(三相加上制動部分)。這種器件的電流和(或)電壓增加了，因此需要采用陶瓷絕緣，這類絕緣也使得熱性能得以改善。
3型智能模塊是intellimld系列中功率****的器件。這類器件的結構與2型模塊的結構相似，都具有dbc陶瓷襯底和用于控制電路分離的印刷電路板。為了保持低的浪涌電壓和減輕與接口電路的耦合，內部總線的電感是特別低的。這類模塊既有類型d又有類型h。
2．2自保護功能
intellimod智能模塊有復雜的內部保護電路，以防止系統(tǒng)因誤動作或過載而損壞功率器件。ipm內部的門控電路提供_『控制(模塊)電源的欠壓、過熱、過流和短路保護(帶有自動復位功能)。保護電路動作，則故障信號給系統(tǒng)控制器提供報警信號。ipm的保護功能帶有較強的抗干擾能力，系統(tǒng)控制器可以通過檢測故障信號的持續(xù)時間和時序確定故障的類型。
2．3智能模塊的控制
智能模塊內藏驅動和保護電路，控制容易。外部驅動和保護綜合電路僅需一個分立電源和一個低電壓開關控制信號，由模塊內部保護電路的運行監(jiān)測提供故障信號。內部的門控電路僅需要一個簡單的直流(+15v)電源，設計特點是取消了門驅動電路，為使igbt關斷基極所需施加的負電源(負壓)，它的控制輸入設計成具有最少外圍元件的光電耦合器。
3 ipm在變頻調速中的應用
3．1變頻調速系統(tǒng)中正確使用ipm
ipm的選用首先是根據變頻裝置的容量(電動機額定功率)，同時也要考慮供電電源容量，確定其額定值和****值，然后選擇具體型號，型號選定之后，ipm的主電路結構也就確定了，接著可對變頻裝置的硬件電路進行設計。如果系統(tǒng)硬件對主電路結構形式有特殊要求，則需把ipm額定值和主電路結構形式結合起來考慮，使二者皆滿足要求。
控制電源和觸發(fā)電路的結構形式一般由ipm主電路的結構決定。智能模塊內部驅動電路和保護電路所需分立電源決定了電源的配置，可以是1個、2個或4個。大功率三相逆變器系統(tǒng)用3型i．pm，需要6個分立電源。在這種大電流應用電路中，每個橋臂必須有自己獨立的電源控制，為的是避免大地循環(huán)噪聲的影響。控制電源應該穩(wěn)定在+1 5v的±10％。在控制電源之間的電容耦合必須最小，當極間電容超過loopf，可能要引起噪聲，此噪聲將觸發(fā)控制電路，至少有10μf退耦電容應跨接在控制電源的兩端，這個電容將有助于濾掉其公共干擾(噪聲)，同時提供一個智能模塊內部門驅動電路所需的大脈沖電流。智能模塊中igbt功率開關用一個低幅值輸入信號控制，典型輸入是由上拉電阻將其拉成高電平。在觸發(fā)電路設計中，觸發(fā)電流限流電阻大小的取值至關重要，它將直接影響主開關管的開通和關斷狀態(tài)，必須慎重選擇。如果，該電阻大了，則提供的觸發(fā)電流太小，不能使主開關管正常導通；電阻小了，則觸發(fā)電流太大，會使主開關管關斷延時，甚至關斷不正常。
故障信號的應用對系統(tǒng)的可靠性十分重要。為了保證接口電路簡單，智能模塊采用了一個開、關輸出信號作為系統(tǒng)控制器的一個故障報警信號。故障信號都要通過光耦隔離，
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