智能功率模塊IPM課件.ppt

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1、智能功率模塊IPM小組成員：李海燕朱莉莉夏漪婷金中亞顧靜靜黃銀萍本段介紹了智能功率模塊IPM的特點(diǎn)和特性,分析了IPM在應(yīng)用設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)考慮的諸多問(wèn)題及解決方法。把MOS管技術(shù)引入功率半導(dǎo)體器件的思想開(kāi)創(chuàng)了革命性的器件:絕緣柵雙極晶體管IGBT。隨著IGBT在工作頻率為20KHZ的硬開(kāi)關(guān)及更高的軟開(kāi)關(guān)中的應(yīng)用,它已經(jīng)代替了MOSFET和GTR,成為最主要的電力電子器件。IGBT的發(fā)展使集外圍電路內(nèi)置于一塊功率模塊的智能功率IPM脫穎而出。IPM內(nèi)含柵極驅(qū)動(dòng)、短路保護(hù)、過(guò)流保護(hù)、過(guò)熱保護(hù)和欠壓鎖定等功能

2、,已被廣泛用于無(wú)噪聲逆變器,低噪聲UPS系統(tǒng)和伺服控制器等設(shè)備上。IPM使產(chǎn)品的體積減小,縮短了開(kāi)發(fā)時(shí)間,簡(jiǎn)化了開(kāi)發(fā)步驟。一、IPM的原理1、IPM的特點(diǎn)1.1、IPM的構(gòu)成智能功率模塊IPM(IntelligentPowrModule)不僅把功率開(kāi)關(guān)器件和驅(qū)動(dòng)電路集成在一起,而且還內(nèi)藏有過(guò)電壓,過(guò)電流和過(guò)熱等故障檢測(cè)電路,并可將檢測(cè)信號(hào)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(mén)級(jí)驅(qū)動(dòng)電路以及快速保護(hù)電路構(gòu)成。即使發(fā)生負(fù)載事故或使用不當(dāng),也可以IPM自身不受損壞。IPM一般使用IGB

3、T作為功率開(kāi)關(guān)元件,并內(nèi)藏電流傳感器及驅(qū)動(dòng)電路的集成結(jié)構(gòu)。1.2、IPM的優(yōu)點(diǎn)(1)開(kāi)關(guān)速度快。IPM內(nèi)的IGBT芯片都選用高速型,而且驅(qū)動(dòng)電路緊靠IGBT芯片,驅(qū)動(dòng)延時(shí)小,所以IPM開(kāi)關(guān)速度快,損耗小。(2)低功耗。IPM內(nèi)部的IGBT導(dǎo)通壓降低,開(kāi)關(guān)速度快,故IPM功耗小。(3)快速的過(guò)流保護(hù)。IPM實(shí)時(shí)檢測(cè)IGBT電流,當(dāng)發(fā)生嚴(yán)重過(guò)載或直接短路時(shí),IGBT將被軟關(guān)斷,同時(shí)送出一個(gè)故障信號(hào)。(4)過(guò)熱保護(hù)。在靠近IGBT的絕緣基板上安裝了一個(gè)溫度傳感器,當(dāng)基板過(guò)熱時(shí),IPM內(nèi)部控制電路將截止柵級(jí)驅(qū)

4、動(dòng),不響應(yīng)輸入控制信號(hào)。(5)橋臂對(duì)管互鎖。在串聯(lián)的橋臂上,上下橋臂的驅(qū)動(dòng)信號(hào)互鎖。有效防止上下臂同時(shí)導(dǎo)通。(6)抗干擾能力強(qiáng)。優(yōu)化的門(mén)級(jí)驅(qū)動(dòng)與IGBT集成,布局合理,無(wú)外部驅(qū)動(dòng)線。(7)驅(qū)動(dòng)電源欠壓保護(hù)。當(dāng)?shù)陀隍?qū)動(dòng)控制電源(一般為15V)就會(huì)造成驅(qū)動(dòng)能力不夠,增加導(dǎo)通損壞。IPM自動(dòng)檢測(cè)驅(qū)動(dòng)電源,當(dāng)?shù)陀谝欢ㄖ党^(guò)10μs時(shí),將截止驅(qū)動(dòng)信號(hào)。(8)IPM內(nèi)藏相關(guān)的外圍電路?？s短開(kāi)發(fā)了時(shí)間。(9)無(wú)須采取防靜電措施。(10)大大減少了元件數(shù)目。體積相應(yīng)小。2、IPM參數(shù)和特性3、控制電路電源3.1、IP

5、M控制功率消耗控制電路電流ID與開(kāi)關(guān)頻率FC有關(guān);600VIPM控制電流(mA)3.2、布線指南六個(gè)或七個(gè)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(yīng)接一個(gè)至少10μF的退耦電容,該電容幫助過(guò)濾共模噪聲并提供IPM柵極電路所須電流。4、接口電路4.1、接口電路的要求低電平開(kāi)通，高電平截止。4.2、布線指南接口電路設(shè)計(jì)主要考慮的是dv/dt噪聲耦合問(wèn)題。不應(yīng)把PCB板上走線布的太過(guò)靠近,否則開(kāi)關(guān)使電位發(fā)生變化。必須屏蔽！推薦

6、光耦:tPLH,tPHL<0.8μs;CMR>10kV/μs。通常型號(hào):HCPL4503,HCPL4504,PS2041(NEC),在光耦合端接一個(gè)0.1μF的退耦電容?？刂贫松侠娮钁?yīng)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(dòng)輸入端。4.3、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，如圖1所示。4.4、FO輸出信號(hào)的使用當(dāng)TFO=1.8ms(典型值)有效時(shí),IPM會(huì)關(guān)斷開(kāi)關(guān)并使輸入無(wú)效。在FO結(jié)束后,自動(dòng)復(fù)位,同時(shí)使輸入有效

7、。在FO輸出時(shí)系統(tǒng)必須在1.8ms內(nèi)使PWM信號(hào)無(wú)效,等故障排除后方可重新有效。必須避免重復(fù)故障而導(dǎo)致結(jié)溫升高損壞IPM。系統(tǒng)可通過(guò)檢測(cè)tFO時(shí)間長(zhǎng)度來(lái)確定是過(guò)流還是短路引起(1.8ms),過(guò)熱時(shí)間會(huì)長(zhǎng)一些。過(guò)熱復(fù)位一般要等基板冷卻到OTR以下需要幾十秒鐘。5、結(jié)語(yǔ)由于IPM均采用具有標(biāo)準(zhǔn)化的邏輯電平的柵控接口,使IPM很方便與控制電路板相連接。IPM在故障情況下的自保護(hù)能力,降低了器件在開(kāi)發(fā)和使用中損壞的機(jī)會(huì),大大提高了整機(jī)的可靠性,被廣泛地應(yīng)用于工業(yè),軍事等電力電子系統(tǒng)。二、IPM的應(yīng)用1、IPM

8、模塊在變頻器中的應(yīng)用隨著電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和超大規(guī)模集成電路技術(shù)的快速發(fā)展，變頻調(diào)速系統(tǒng)趨向數(shù)字化和高集成度方向發(fā)展。變頻器的功率器件也經(jīng)歷了從SCR,GTO到IGBT的發(fā)展歷程，控制方式也從最初的v/f控制，發(fā)展到矢量控制，直接轉(zhuǎn)矩控制。變頻家電等控制系統(tǒng)中，功率驅(qū)動(dòng)器件是必不可少的，智能功率模（IPM）就是一個(gè)典型的高度集成的功率驅(qū)動(dòng)器件，然而，電力變換技術(shù)的進(jìn)步和電力變換器的廣泛應(yīng)用也帶來(lái)了很多弊端，其產(chǎn)生的公害－電磁干擾以及諧波污染已成為世