畢業(yè)設計（論文）-基于單片開關電源的智能功率模塊驅(qū)動電源的設計

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1、基于單片開關電源的智能功率模塊驅(qū)動電源的設計第一章緒論11.1智能功率模塊的基本原理11.2開關電源的發(fā)展趨勢51.2.1開關電源的發(fā)展歷史61.2.2開關電源的發(fā)展趨勢6第二章三端單片開關電源的原理與應用82.1開關電源的基本原理82.2TOPSwitch——Ⅱ系列的產(chǎn)品分類及性能特點102.3TOPSwitch——Ⅱ系列單片開關電源的工作原理112.4單片開關電源的基本原理及反饋電路類型14第三章三端單片開關電源的設計183.1單片開關電源的快速設計法183.2高頻變壓器的設計253.3多路輸出式單片開關電

2、源的設計273.4TOPSwitch——Ⅱ的使用注意事項31第四章實驗分析35結(jié)論38致謝39參考文獻40-42-基于單片開關電源的智能功率模塊驅(qū)動電源的設計第一章緒論單片開關電源自20世紀90年代中期問世以來，便顯示出強大的生命力，并以其優(yōu)良特性倍受人們的青睞。它極大的簡化了開關電源的設計和新產(chǎn)品開發(fā)工作，也為新型、高效、低成本開關電源的推廣與普及，創(chuàng)造了良好條件。在智能功率模塊（IPM）的應用中，需要用到四組互相絕緣的控制電源。使用單片開關電源可以方便地設計出高效的控制電源。本章首先闡述IPM的基本原理，然

3、后簡要介紹開關電源的發(fā)展趨勢、基本原理，以及單片開關電源的基本原理及反饋電路類型。1.1智能功率模塊的基本原理　智能電力模塊(IPM)是智能集成電路,因其可靠性高,用戶使用方便的特點贏得越來越大的市場。本節(jié)以日本富士公司R系列IPM為例,講述了智能電力模塊的結(jié)構(gòu)及其在小型變頻器中的應用。1.1.1概述智能電力模塊(IPM)又稱為智能集成電路,是電力集成電路的一種。在電力電子變流電路中,電力電子器件必須有驅(qū)動電路(或觸發(fā)電路)、控制電路和保護電路的配合,才能按人們的要求實現(xiàn)一定的電力控制功能。以往,電力電子器件和

4、配套控制電路是分離器件構(gòu)成的電路裝置,而今半導體技術達到了可以將電力電子器件及其配套控制電路集成在一個芯片上形成所謂的功率集成電路。可以集成多種功率器件及其控制電路所需的有源或無源器件,比如功率二極管、BJT、IGBT、高低壓電容、高阻值多晶硅電阻、低阻值擴散電阻以及各元器件之間的連接等。這種功率集成電路特別適應于電力電子技術高頻化發(fā)展方向的需要。由于高度集成化,結(jié)構(gòu)十分緊湊,避免了由于分布參數(shù)、保護延遲等所帶來的一系列技術難題。-42-基于單片開關電源的智能功率模塊驅(qū)動電源的設計IPM的優(yōu)點：1．不易損壞；2

5、．IPM內(nèi)藏相關的外圍電路,縮短了產(chǎn)品設計和評價時間；3．不需要對功率開關器件采取防靜電措施；4．大大減少了元件數(shù)目,體積縮小。電力集成模塊的智能化主要表現(xiàn)在易控制功能、保護功能和接口功能等三個方面。IPM內(nèi)藏過電壓、過電流和過熱等故障監(jiān)測電路,并可將監(jiān)測信號送給CPU。即使發(fā)生負載事故或使用不當,也可保證IPM自身不受損壞。目前的IPM一般采用IGBT作為功率開關元件,并也內(nèi)藏電流傳感器及驅(qū)動電路的集成結(jié)構(gòu)。IPM正以其可靠性高、用戶使用方便的特點贏得越來越大的市場,尤其適合制作驅(qū)動電動機的變頻器,是一種較為

6、理想的電力電子器件。1.1.2IPM的結(jié)構(gòu)下面介紹小容量變頻器中開始采用的IPM。以富士公司R系列IPM為例。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1．1所示。由圖1．1可見,這是一種包括制動單元在內(nèi)的完整的逆變器,其中包括7個IGBT和7個快速功率二極管,IGBT1～IGBT6組成逆變橋,VDF1～VDF6是與六個主IGBT反并聯(lián)的回饋二極管,IGBT7是動力制動用的開關管,VDW是它的續(xù)流二極管。圖中有關檢測元件、保護電路沒有具體畫出,含在“驅(qū)動”框內(nèi)?！膀?qū)動”部分具有下述功能:1．驅(qū)動信號放大;2．短路保護(SC);3．控制電源

7、欠電壓保護(UV);4．IGBT及VDF、VDW過電流保護(OC);5．IGBT芯片過熱保護(TjoH)?！膀?qū)動”4、6、2、7及“過熱保護電路”經(jīng)Ｒ由16號端子ALM輸出報警信號。當IGBT過電流、IGBT-42-基于單片開關電源的智能功率模塊驅(qū)動電源的設計結(jié)溫過高、外殼溫度過高、負載短路和控制電源欠電壓信號出現(xiàn)時,ALM報警信號輸出,保證整個系統(tǒng)切實停止工作。由于控制電源共地處理的限制,ALM信號由具有共地端的驅(qū)動器中取出,即由“驅(qū)動”4、6、2及7中取出。當有ALM信號輸出時,IGBT4、6、2及7被封鎖

8、,由于沒有電流通路,IGBT1、3、5也同樣受到保護。圖1．1IPM的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖1.1.3R系列的IPM在小容量變頻器中的應用舉例-42-基于單片開關電源的智能功率模塊驅(qū)動電源的設計圖1．2是含制動單元的R系列的IPM在小容量變頻器中的應用電路。使用IPM時應注意以下各項:圖1．2應用電路圖（含制動單元）1．控制電源必須有4組,且互相絕緣,上橋臂3組,下橋臂及制動單元的驅(qū)動器公用1組。