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蓝冠智能功率模块IGBT—IPM及其应用(1)

在大功率电力电子器件应用中,蓝冠IGBT已取代GTR或MOsF龃成为主流。心盯的优点在予输入阻抗高、开关损耗小、饱和压降低、通断速度快、热稳定性能好、耐高压且承受大电流、驱动电路简单。目前,由妇BT单元构成的功率模块在智能化方面得到了迅速发展,智能功率模块(IPM)不仅包括基本组合单元和驱动电路,还具有保护和报警功能。IPM以其完善的功能和高可靠性创造了很好的应用条件,利用IPM的控制功能,与微处理器相结合,可方便地构成智能功率控制系统。IGBT一IPM模块适用变频器、直流调速系统、DC—DC变换器以及有源电力滤波器等,蓝冠平台官网其中富士R系列IGBT一IPM是应用较广泛的产品之一。

2 IGBll_IPM的结构

IPMⅡ模块有6单元或7单元结构,用陶瓷基板作绝缘构造,基板可直接安装在散热器上,控制输入端为2.54 m标准单排封装,可用一个通用连接器直接与印刷电路板相连。主电源输入(P,N)、制动输出(B)及输出端(u,v,w)分别就近配置,主配线方便;主端子用M5螺钉,可实现电流传输。

IPM的结构框图如图l所示,其基本结构为IGBT单元组成的三相桥臂;内含续流二极管、制动用IG明和制动用续流二极管;内置驱动电路、保护电路和报警输出电路。IPM共有6个主回路端(P,N,B,u,v,w)、16个控制端,其中vccu、vccv、vccw分别为u、v、w相上桥臂控制电源输入的+端,GNDU、GNDV、GNDW分别为对应的一端;Vinu、vinV、vinW分别为上桥臂u、v、w相控制信号输入端,vcc、GND为下桥臂公用控制电源输入;vinX、vinY、vinZ分别为下桥臂x、Y、z相控制信号输入端;vinDB为制动单元控制信号输入端;ALM为保护电路动作时的报警信号输出端。

图1 IPM结构框图

R系列IGBT—IPM产品包括:中容量600v系列50A~150A、1200v系列25A~75A;大容量600v系列200A~300A、1200v系列100A一150A。共计20多个品种。

3功能特点

3.1 IGBT驱动功能

全部IGBT的驱动功能为内置。采用软开关控制,分别使用单独门极电阻,根据驱动元件的特性,可独立地控制各自的开关山/dl。单电源驱动无需反偏电源,共需4组独立驱动电源,上桥臂侧3组独立,下桥臂侧1组公用。由于设计为低阻抗接地方式,可防止因噪声而产生的误导通。

3.2过电流保护功能

通过检测IGBT集电极电流进行过电流保护,如集电极电流超过容许值6—8 ps,则软关断IGBT,由于有6—8ps的保护动作延时,瞬间过电流及噪声不会导致误动作。同时还具有防止误动作闭锁功能,在保护动作闭锁期间,即使有控制信号输入,IGBT也不工作。

3.3短路保护功能

过电流保护动作时,短路保护将联动,能抑制因负载短路及桥臂短路的峰值电流。短路保护及过电流保护实际上均是对IGBT的集点极电流进行检测,无论哪个IGBT发生异常都可保护,由于电流检测内置,故无需另加检测元件。

3.4控制电源欠电压保护

当控制电源电压Vcc下降到容许的下限值时,如果输入信号为ON,则IGBT软关断,输出警报。欠压保护采用滞环控制方式,即当Vcc恢复至上限值时,如输入信号为OFF,则解除报警。

3.5管壳及关芯温度过热保护

从用与IGBT、续流二极管管芯装在同一陶瓷基板上的测温元件检测基板温度,同时采用与IGBT管芯在一起的测温元件检测IGBT管芯温度。当检测出的温度超越保护温度值并持续1ms后,过热保护动作,IGBT 被软关断,在2ms的闭锁期间停止工作。

306警报输出功能

在下桥臂侧各种保护动作闭锁期间,输出报警信号,如控制输入为ON状态,即使闭锁期已结束,报警输出功能也不复位,等到控制输入变为OFF时,报警复位,保护动作解除。

3.7制动用IGBT及续流二极管

在制动单元中使用的IGBT及续流二极管为内置,外界耗能电阻即可构成制动回路,小号减速时的回馈能量,抑制直流测电压的升高。

4 IGBT一IPM的应用

IGBT一IPM既可以用于单相电路也可用于三相电路,用户只需在主接线端接上电源及负载,并向模块提供控制电源及驱动信号,配线即告完成,电路即可工作。为了提高模块的整体应用性能,且便于连接微处理器.驱动信号一般由光耦外围电路产生。

4.1外围驱动电路

外围驱动电路主要是使控制输入信号通过光电耦合器传送,设计时可选择HcPI一1505、HC-PL_4506、TLP一759、TLP559等型号的光电耦合器,并使光耦与IPM控制端子间的布线最短,布线阻抗最小。

以上推荐型号的光电耦合器均为发光二极管驱动方式,dv/dt的耐量小,故采用光耦阴极接限流电阻的驱动电路形式,完整的外围驱动电路如图2所示。


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