80C196MC波形發生器和智能功率模塊在逆變器中的應用

3 智能功率模塊

電力電子器件是電力電子技術的重要基礎。各種新型的電力電子器件不斷涌現推動了電力電子技術的發展。 80年代后期，以絕緣柵極雙極型晶體管IGBT （Insulated Gate Bipolar Transistor）為代表的復合型器件異軍突起。IGBT是功率場控晶體管MOSFET和電力晶體管GTR的復合，它把MOSFET的驅動功率小、開關速率快的特點和GTR通態壓降小、載波能力大的優點集于一身，因而性能十分優越，從而使之成為現代電力電子技術的主導器件。但是在實際電路中，大功率、高頻率的開關操作動態條件非常荷刻。功率電路，緩沖電路還有門極驅動電路必須設計到足以承受di/dt和dv/dt極限值。如果過電壓就會發生。同時地環路和雜散電容還會引起嚴重的噪聲問題。因此合理的布局對于IGBT的可靠性和工作效率是非常重要的。哪一個環節沒有設計好都會影響電路的正常工作，甚至將器件損壞。三菱智能功率模塊IPM（Intelligent Power Module）是一種將高速、低損耗IGBT及其最佳門極驅動和保護電路集于一體的功率模塊。該模塊通過使用一種先進的在線監控電流傳感器IGBT來實現高效的過電流和短路保護。IPM的過溫保護和低電壓閉鎖保護更是大大的提高了系統的可靠性，而且整體模塊體積小、結構緊湊，從而大大減小了整個裝置的外形尺寸。下面結合PM100CSA120的內部結構來說明其原理和保護功能。

PM100CSA120 的內部結構如圖3所示，六只IGBT反并聯續流二極管連接成三相全橋電路。每一只IGBT都有相應的隔離驅動電路，所以驅動信號需要隔離后再進入模塊，并且要給上橋臂每一個驅動模塊提供單獨的隔離直流電源，下橋臂因共地可共用一個直流電源。每一驅動電路都有完善的保護電路以防止器件損壞。這些保護包括以下幾方面：

（1）控制電壓低閉鎖

IPM的內部控制電路需要15V直流電源，當這個電壓因某種原因低于某個電壓值（U1）或高于某個電壓值（Uh）時，驅動電路自動閉鎖，并且發出故障信號Fo以通知主控電路。

（2）溫度保護電路

IPM內部有一個固定在底盤IGBT器件附近的溫度傳感器，當模塊溫度超過一定值To時，驅動電路自動閉鎖直到模塊溫度降低到To以下為止，同時也發出故障信號Fo。

（3）過流保護

IPM可用電流傳感型IGBT對模塊進行在線監測，如果通過IPM的電流超過過電流門限值OC且持續時間達到toff(OC)時，保護電路將閉鎖門極驅動并產生故障信號。這段持續時間是為了避免通過IPM的瞬時類峰所造成的保護誤動。