智能功率模块

1）在变频调速控制器中的应用
单电源IPM模块应用非常广泛，尤其在中小功率 变频系统中，如工业洗衣机控制用变频器，纺织 机控制用储纬器，注塑机控制系统中等，家电行 业应用也非常广泛，如变频空调、洗衣机、冰箱 等。下面以IPM模块在小功率变频器中的实际使 用情况，具体说明单电源ipm在系统中的应用。
4、ห้องสมุดไป่ตู้口电路
4.1、接口电路的要求
低电平开通，高电平截止。
4.2、布线指南
接口电路设计主要考虑的是dv/dt噪声耦合问 题。不应把PCB板上走线布的太过靠近,否则开 关使电位发生变化。必须屏蔽！推荐光耦:t PLH ,t PHL <0.8 μ s;CMR> 10kV/μs。通常型 号:HCPL4503,HCPL4504, PS2041(NEC),在光 耦合端接一个0.1μF的退耦电容。控制端上拉电 阻应尽可能小以避免高阻抗IPM拾取噪声,但又 要足够可靠地控制IPM。低速光耦可用于故障 输出端和制动输入端。
1.2、IPM的优点
(1)开关速度快。IPM内的IGBT芯片都选用高 速型,而且驱动电路紧靠IGBT芯片,驱动延时 小,所以IPM开关速度快,损耗小。
(2)低功耗。IPM内部的IGBT导通压降低,开关 速度快,故IPM功耗小。
(3)快速的过流保护。IPM实时检测 IGBT电流, 当发生严重过载或直接短路时,IGBT将被软关 断,同时送出一个故障信号。
4.3、接口电路的连接
把接口直接做在PCB板上可靠近模块输入脚以 减少噪声，如图1所示。
4.4 、FO输出信号的使用
当TFO=1.8ms(典型值)有效时,IPM会关断开关 并使输入无效。在 FO结束后,自动复位,同时使 输入有效。在 FO输出时系统必须在1.8ms内使 PWM信号无效,等故障排除后方可重新有效。 必须避免重复故障而导致结温升高损坏IPM。 系统可通过检测tFO时间长度来确定是过流还 是短路引起(1.8ms),过热时间会长一些。过热 复位一般要等基板冷却到OTR以下需要几十秒 钟。
(7)驱动电源欠压保护。当低于驱动控制电源 (一般为15V)就会造成驱动能力不够,增加导通 损坏。IPM自动检测驱动电源,当低于一定值超 过10μs时,将截止驱动信号。
(8)IPM内藏相关的外围电路。缩短开发了时间。
(9)无须采取防静电措施。
(10)大大减少了元件数目。体积相应小。
2、IPM参数和特性
智能功率模块IPM
小组成员：李海燕 朱莉莉 夏漪婷 金中亚 顾静静 黄银萍
一、IPM的原理
本段介绍了智能功率模块IPM的特点和特性,分析了 IPM在应用设计过程中应考虑的诸多问题及解决方法。
把MOS管技术引入功率半导体器件的思想开创了革 命性的器件:绝缘栅双极晶体管IGBT。随着IGBT在工 作频率为20KHZ的硬开关及更高的软开关中的应用,它 已经代替了MOSFET和GTR,成为最主要的电力电子器 件。
智能功率模块IPM(Intelligent Powr Module)不仅 把功率开关器件和驱动电路集成在一起,而且还内 藏有过电压,过电流和过热等故障检测电路,并可将 检测信号送到CPU或DSP作中断处理。它由高速 低工耗的管芯和优化的门级驱动电路以及快速保 护电路构成。即使发生负载事故或使用不当,也可 以IPM自身不受损坏。IPM一般使用IGBT作为功 率开关元件,并内藏电流传感器及驱动电路的集成 结构。
术的快速发展，变频调速系统趋向数字化和高集成度方向 发展。变频器的功率器件也经历了从SCR, GTO到IGBT的 发展历程，控制方式也从最初的v/f控制，发展到矢量控制， 直接转矩控制。变频家电等控制系统中，功率驱动器件是 必不可少的，智能功率模（IPM）就是一个典型的高度集成 的功率驱动器件，然而，电力变换技术的进步和电力变换 器的广泛应用也带来了很多弊端，其产生的公害－电磁干 扰以及谐波污染已成为世人关注的社会问题。而双PWM变 频调速技术以其可以实现电机的四象限运行、能量转换效 率高、能量能双向流动，尤其是能方便地实现电网侧输入 功率因数近似为1，消除了谐波污染等特点已成为研究的一 个热点。
单电源IPM模块在系统中应用示意图如图4所示。
由于系统中使用了单电源IPM模块，即只 需要给IPM模块提供一路电源，整个系统可 以共一个参考地，这样可以减少用于电气隔 离用的光耦，包括6路IPM驱动信号，故障检 测信号。另外，电压、电流检测也可以方便 地通过检测直流侧电压和n线电流，而不需要 电压互感器和电流互感器，从而大大降低系 统的硬件成本。
3、控制电路电源
3.1 、IPM控制功率消耗控制电路电流ID与 开关频率FC有关; 600V IPM控制电流(mA)
3.2、布线指南
六个或七个IGBT单元的IPM四组隔离的 供电电源,两单元或一单元的则在三相大功 率中需要六组隔离电源,以避免噪声。 IPM 的控制电源端子应接一个至少10μF的退耦 电容,该电容帮助过滤共模噪声并提供IPM栅 极电路所须电流。
(4)过热保护。在靠近IGBT的绝缘基板上安装 了一个温度传感器,当基板过热时, IPM内部控 制电路将截止栅级驱动,不响应输入控制信号。
(5)桥臂对管互锁。在串联的桥臂上,上下桥臂 的驱动信号互锁。有效防止上下臂同时导通。
(6)抗干扰能力强。优化的门级驱动与 IGBT集 成,布局合理,无外部驱动线。
IGBT的发展使集外围电路内置于一块功率模块的智 能功率IPM脱颖而出。IPM内含栅极驱动、短路保护、 过流保护、过热保护和欠压锁定等功能,已被广泛用于 无噪声逆变器,低噪声UPS系统和伺服控制器等设备上。 IPM使产品的体积减小,缩短了开发时间,简化了开发步 骤。
1、IPM的特点
1.1、IPM的构成
5、结语
由于IPM均采用具有标准化的逻辑电平的栅控 接口,使IPM很方便与控制电路板相连接。IPM 在故障情况下的自保护能力,降低了器件在开 发和使用中损坏的机会,大大提高了整机的可 靠性,被广泛地应用于工业,军事等电力电子系 统。
二、IPM的应用
1、IPM模块在变频器中的应用
随着电力电子技术、计算机技术和超大规模集成电路技