畢業(yè)設(shè)計（論文）-基于單片開關(guān)電源的智能功率模塊驅(qū)動電源的設(shè)計

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1、基于單片開關(guān)電源的智能功率模塊驅(qū)動電源的設(shè)計第一章緒論11.1智能功率模塊的基本原理11.2開關(guān)電源的發(fā)展趨勢51.2.1開關(guān)電源的發(fā)展歷史61.2.2開關(guān)電源的發(fā)展趨勢6第二章三端單片開關(guān)電源的原理與應(yīng)用82.1開關(guān)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(guān)電源的工作原理112.4單片開關(guān)電源的基本原理及反饋電路類型14第三章三端單片開關(guān)電源的設(shè)計183.1單片開關(guān)電源的快速設(shè)計法183.2高頻變壓器的設(shè)計253.3多路輸出式單片開關(guān)電源的設(shè)計273.4TOPS

2、witch——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(guān)電源的智能功率模塊驅(qū)動電源的設(shè)計第一章緒論單片開關(guān)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(guān)電源的設(shè)計和新產(chǎn)品開發(fā)工作，也為新型、高效、低成本開關(guān)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(yīng)用中，需要用到四組互相絕緣的控制電源。使用單片開關(guān)電源可以方便地設(shè)計出高效的控制電源。本章首先闡述IPM的基本原理，然后簡要介紹開關(guān)電源的發(fā)展趨勢、基本原理，以及單片開關(guān)

3、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(yīng)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(shù)達到了可以將電力電子器件及

4、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?？梢约啥喾N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(yīng)于電力電子技術(shù)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(shù)難題。-42-基于單片開關(guān)電源的智能功率模塊驅(qū)動電源的設(shè)計IPM的優(yōu)點：1．不易損壞；2．IPM內(nèi)藏相關(guān)的外圍電路,縮短了產(chǎn)品設(shè)計和評價時間；3．不需要對功率開關(guān)器件采取防靜電措施；4．大大減

5、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(guān)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

6、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(guān)管,VDW是它的續(xù)流二極管。圖中有關(guān)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

7、號端子ALM輸出報警信號。當IGBT過電流、IGBT-42-基于單片開關(guān)電源的智能功率模塊驅(qū)動電源的設(shè)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,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(yīng)用舉例-42-基于單片開關(guān)電源的智能功率模塊驅(qū)動電源的設(shè)計

8、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(yīng)用電路。使用IPM時應(yīng)注意以下各項:圖1．2應(yīng)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。