智能功率模塊的介紹

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1、3.6智能功率模塊的介紹智能功率模塊系統(tǒng)框圖如下:3.6.1智能功率模塊的特點智能功率模塊IPM（IntelligentPowrModule）不僅把功率開關(guān)器件和驅(qū)動電路集成在一起，而且還內(nèi)藏有過電壓，過電流和過熱等故障檢測電路，并可將檢測信號送到CPU或DSP作中斷處理。它由高速低工耗的管芯和優(yōu)化的門級驅(qū)動電路以及快速保護電路構(gòu)成。即使發(fā)生負載事故或使用不當，也可以IPM自身不受損壞。IPM一般使用IGBT作為功率開關(guān)元件，并內(nèi)藏電流傳感器及驅(qū)動電路的集成結(jié)構(gòu)。三菱IPM以其高可靠性，使用方便贏得越來越大的市場。1）開關(guān)速度快。IPM內(nèi)的IGBT芯片都選用高速型，而且驅(qū)動電路緊靠IGBT芯片

2、，驅(qū)動延時小，所以IPM開關(guān)速度快，損耗小。2）低功耗。IPM內(nèi)部的IGBT導通壓降低，開關(guān)速度快，故IPM功耗小。3）快速的過流保護。IPM實時檢測IGBT電流，當發(fā)生嚴重過載或直接短路時，IGBT將被軟關(guān)斷，同時送出一個故障信號。4）過熱保護。在靠近IGBT的絕緣基板上安裝了一個溫度傳感器，當基板過熱時，IPM內(nèi)部控制電路將截止柵級驅(qū)動，不響應輸入控制信號。5）橋臂對管互鎖。在串聯(lián)的橋臂上，上下橋臂的驅(qū)動信號互鎖。有效防止上下臂同時導通。6）抗干擾能力強。優(yōu)化的門級驅(qū)動與IGBT集成，布局合理，無外部驅(qū)動線。7）驅(qū)動電源欠壓保護。當?shù)陀隍?qū)動控制電源（一般為15V）就會造成驅(qū)動能力不夠，增加

3、導通損壞。IPM自動檢測驅(qū)動電源，當?shù)陀谝欢ㄖ党^10μs時，將截止驅(qū)動信號。1）IPM內(nèi)藏相關(guān)的外圍電路?？s短開發(fā)時間，加快產(chǎn)品上市。2）無須采取防靜電措施。3）大大減少了元件數(shù)目。體積相應小。3.6.2IPM的保護功能如果IPM其中有一種保護電路工作，IGBT就關(guān)斷并輸出一個故障信號FO,如下圖;a.控制電源欠壓鎖定（UV）如果某種原因?qū)е驴刂齐妷悍锨穳簵l件，該功率器件會關(guān)斷IGBT并輸出故障信號。如果毛刺干擾時間小于規(guī)定的Td（UV）則不會出現(xiàn)保護動作。b.過熱保護（OT）在絕緣基板上安裝有溫度探頭，如果超過數(shù)值IPM會截止柵極驅(qū)動，直到溫度恢復正常(應避免反復動作)c.過流保護（OC

4、）如果IGBT的電流超過數(shù)值并大于時間toff(OC),IGBT被關(guān)斷，典型值：10μS超過OC數(shù)值但時間小于toff(oc)的電流并無大礙，故IPM不于理財。當檢測出過電流時，IGBT會被有效的軟關(guān)斷。d.短路保護（SC）當發(fā)生負載短路或上下臂直通時，IPM立即關(guān)斷IGBT并輸出故障信號。新型IPM采用了實時電流檢測技術(shù)RTC（realtimecurrentcontrolcircuit）技術(shù)，使響應時間小于100nS3.76MBP25RA120(IPM)智能功率模塊的結(jié)構(gòu)IPM模塊有四種封裝形式：單管封裝，雙管封裝，六管封裝和七管封裝。以下是六管封裝典型參照圖。本次設計是基于型號為6MBP2

5、5RA120的六管封裝的IPM智能功率模塊,其參考圖如下:六單元6MBP25RA120的封裝六單元6MBP25RA120封裝控制電路電源a.IPM控制功率消耗控制電路電流ID與開關(guān)頻率FC有關(guān).布線指南六個或七個IGBT單元的IPM四組隔離的供電電源，兩單元或一單元的則在三相大功率中需要六組隔離電源，以避免噪聲。IPM的控制電源端子應接一個至少10μF的退耦電容，該電容幫助過濾共模噪聲并提供IPM柵極電路所須電流。．接口電路a.接口電路達到要求低電平開通高電平截止。b.布線指南接口電路設計主要考慮的是dv/dt噪聲耦合問題。不應把PCB板上走線布的太過靠近，否則開關(guān)使電位發(fā)生變化。必須屏蔽！數(shù)

6、字地中層屏蔽控制電源UpFoUnFoVpFoVnFoWpFoWnFo屏蔽屏蔽屏蔽屏蔽推薦光耦：tPLH,tPHL<0.8μS;CMR>10KV/μS;選用型號：HCNW4506，在光耦合端接一個0.1μF的退耦電容,控制端上拉電阻應盡可能小以避免高阻抗IPM拾取噪聲，但又要足夠可靠地控制IPM。低速光耦可用于故障輸出端和制動輸入端。實際應用中某些開關(guān)可能不需要用，但輸入信號加上拉電阻以保持關(guān)斷狀態(tài)。c.內(nèi)部IPM輸入/輸出C控制電源柵極控制電路+100pf控制輸入故障輸出E控制電源GND六合一封裝的IPMC控制電源SXR輸出+5V穩(wěn)壓柵極控制電路+100pf控制輸入故障輸出E控制電源GND雙管

7、，單管封裝的IPMa.接口電路的連接把接口直接做在PCB板上可靠近模塊輸入腳以減少噪聲PCB板接插件引導腳