智能功率模塊ipm

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1、IGBT-IPM智能模塊的電路設(shè)計(jì)及在SVG裝置中的應(yīng)用摘要：介紹了IGBT-IPM智能模塊的基本情況和功能特點(diǎn)，并對(duì)該智能功率模塊的相關(guān)電路設(shè)計(jì)方法和需要注意的問(wèn)題進(jìn)行了深入地分析，最后結(jié)合SVG裝置，詳細(xì)說(shuō)明了該模塊的應(yīng)用，并給出了系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖。???關(guān)鍵詞：IGBT-IPM智能模塊；SVG；DSP１　引言電力系統(tǒng)中大功率電力電子裝置的開(kāi)關(guān)元件主要是晶閘管和ＧＴＯ。但是，隨著近年來(lái)雙極功率晶體管及功率ＭＯＳＦＥＴ的問(wèn)世以及生產(chǎn)技術(shù)的成熟，這些開(kāi)關(guān)元件憑借自身優(yōu)越的性能逐漸替代了晶閘管和ＧＴＯ，并朝著節(jié)能、輕便、小型化

2、的方向迅速發(fā)展。ＩＧＢＴ－ＩＰＭＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔＰｏｗｅｒＭｏｄｕｌｅ）智能模塊正是其中的代表之一，它將ＩＧＢＴ單元、驅(qū)動(dòng)電路、保護(hù)電路等結(jié)合在一個(gè)模塊之中，利用這些優(yōu)越的特性可極大地提高實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)的穩(wěn)定性同時(shí)可簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)的難度縮小裝置的體積。圖1２　ＩＧＢＴ智能模塊的主要特點(diǎn)與過(guò)去ＩＧＢＴ模塊和驅(qū)動(dòng)電路的組合電路相比，ＩＧＢＴ－ＩＰＭ內(nèi)含驅(qū)動(dòng)電路且保護(hù)功能齊全，因而可極大地提高應(yīng)用系統(tǒng)整機(jī)的可靠性。本文將要介紹的是富士電機(jī)最新推出的Ｒ系列ＩＰＭ智能功率模塊７ＭＢＰ１００ＲＡ－１２０的主要特點(diǎn)和使用情況。它除了

3、具有體積小、可靠性高、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)以外，還具有以下主要功能：●內(nèi)含驅(qū)動(dòng)電路。該模塊同時(shí)具有軟開(kāi)關(guān)特性，可控制ＩＧＢＴ開(kāi)關(guān)時(shí)的ｄＶ／ｄｔ和浪涌電壓；用單電源驅(qū)動(dòng)時(shí)，無(wú)需反向偏壓電源；并可防止誤導(dǎo)通。關(guān)斷時(shí)，ＩＧＢＴ柵極低阻抗接地可防止噪音等引起ＶＧＥ上升而誤導(dǎo)通；模塊中的每個(gè)ＩＧＢＴ的驅(qū)動(dòng)電路都設(shè)計(jì)了最佳的驅(qū)動(dòng)條件?！駜?nèi)含各種保護(hù)電路。每個(gè)ＩＧＢＴ都具有過(guò)流保護(hù)（ＯＣ）、負(fù)載短路保護(hù)（ＳＣ）、控制電源欠壓保護(hù)（ＵＶ）和過(guò)熱保護(hù)（ＯＨ）等功能。圖2???●內(nèi)含報(bào)警輸出功能。當(dāng)出現(xiàn)上述保護(hù)動(dòng)作時(shí)，可向控制ＩＰＭ的微機(jī)系統(tǒng)輸出報(bào)

4、警信號(hào)。●包含有制動(dòng)電路。內(nèi)含制動(dòng)單元的ＩＰＭ模塊，用此單元可以抑制ＰＮ端子間的電壓升高。圖１為該ＩＧＢＴ－ＩＰＭ智能模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，圖中的前置驅(qū)動(dòng)部分包括驅(qū)動(dòng)放大、短路保護(hù)、過(guò)流保護(hù)、欠壓閉鎖、管心過(guò)熱保護(hù)等功能電路。圖中，各個(gè)引腳和端子的標(biāo)號(hào)列于表１。表1IGBT-IPM智能模塊的腳及端子標(biāo)號(hào)端子標(biāo)號(hào)內(nèi)????容P,N經(jīng)過(guò)整流變換平滑濾波后的主電源Vd的輸入端子。P：+端，N：-端B制動(dòng)輸出端子：再生制動(dòng)電阻電流的輸出端子。不用時(shí)，建議接到P或N上U，V，W模塊的3相輸出端子(1)GNDU,(3)VccUU相上臂控制

5、電源Vcc輸入。VccU:+端；GNDU：-端(4)GNDV,(6)VccVV相上臂控制電源Vcc輸入。VccV:+端；GNDV：-端(7)GNDW,(9)VccWW相上臂控制電源Vcc輸入。VccW：+端；GNDW：-端（10）GND，（11）Vcc下臂公用控制電源Vcc輸入。Vcc：+端；GND：-端（2）U，（5）V，（8）W下臂U，V，W相控制信號(hào)輸入（13）X，（14）Y，（15）Z下臂X，Y，Z相控制信號(hào)輸入（12）DB，（16）ALMDB為下臂相控制信號(hào)輸入，ALM為保護(hù)電路動(dòng)作時(shí)的報(bào)警信號(hào)輸出３　ＩＧＢＴ智

6、能模塊電路設(shè)計(jì)ＩＧＢＴ智能模塊的電路設(shè)計(jì)主要分為主電源部分、光耦外圍控制部分、緩沖電路部分及散熱部分。下面分別對(duì)這四部分的設(shè)計(jì)方法和需要注意的問(wèn)題進(jìn)行說(shuō)明。３．１主電源電路富士的ＩＧＢＴ－ＩＰＭ模塊有很多不同的系列，每一系列的主電源電壓范圍各有不同，在設(shè)計(jì)時(shí)一定要考慮其應(yīng)用場(chǎng)合的電壓范圍。６００Ｖ系列主電源電壓和制動(dòng)動(dòng)作電壓都應(yīng)該在４００Ｖ以下，１２００Ｖ系列則要在８００Ｖ以下。開(kāi)關(guān)時(shí)的最大浪涌電壓：６００Ｖ系列應(yīng)在５００Ｖ以下，１２００Ｖ系列應(yīng)該在１０００Ｖ以下，根據(jù)上述各值的范圍，使用時(shí)應(yīng)使浪涌電壓限定在規(guī)定的值內(nèi)，且

7、應(yīng)在最靠近Ｐ、Ｎ端子處安裝緩沖器（如果一個(gè)整流電路上接有多個(gè)ＩＧＢＴ模塊，還需要在Ｐ、Ｎ主端子間加浪涌吸收器）。雖然在模塊內(nèi)部已對(duì)外部的電壓噪聲采取了相應(yīng)的措施，但是由于噪聲的種類(lèi)和強(qiáng)度不同，加之也不可能完全避免誤動(dòng)作或損壞等情況，因此需要對(duì)交流進(jìn)線加濾波器，并絕緣接地，同時(shí)應(yīng)在每相的輸入信號(hào)與地（ＧＮＤ）間并聯(lián)１０００ｐＦ的吸收電容。３．２光耦外圍控制部分與主電源電路不同，外圍控制電路主要針對(duì)的是單片機(jī)控制系統(tǒng)的弱電控制部分。由于模塊要直接和配電系統(tǒng)連接，因此，必須利用隔離器件將模塊和控制部分的弱電電路隔離開(kāi)來(lái)，以保護(hù)單

8、片機(jī)控制系統(tǒng)。同時(shí)，ＩＧＢＴ模塊的工作狀況很大程度上取決于正確、有效、及時(shí)的控制信號(hào)。所以，設(shè)計(jì)一個(gè)優(yōu)良的光耦控制電路也是模塊正常工作的關(guān)鍵之一。根據(jù)ＩＧＢＴ的驅(qū)動(dòng)以及逆變電路的要求１，模塊內(nèi)部的ＩＧＢＴ控制電源必須是上橋臂３組，下橋臂１組，總計(jì)４組獨(dú)立的１５Ｖ直流電源。圖２是一種推薦的光耦驅(qū)動(dòng)電路