單電源IPM模塊在交流變頻調(diào)速控制器中的應(yīng)用

1 引言

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。傳統(tǒng)的分立元器件逐漸被高可靠性的集成元器件所代替：一方面可以減少設(shè)計(jì)電路的元器件的數(shù)量，提高設(shè)計(jì)效率和縮短開發(fā)周期，另一方面，可以大大提高系統(tǒng)的可靠性。因此，集成元器件的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。在變頻調(diào)速系統(tǒng)如工業(yè)洗衣機(jī)，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，智能功率模塊(ipm)就是一個(gè)典型的高度集成的功率驅(qū)動(dòng)器件，由于其體積小、集成功能多、成本低、可靠性高和使用方便等諸多優(yōu)點(diǎn)，在中、小功率交流變頻調(diào)速器中已大量使用。本文對(duì)單電源ipm模塊在變頻調(diào)速控制器中的應(yīng)用進(jìn)行詳細(xì)的闡述，并結(jié)合具體的應(yīng)用系統(tǒng)給出其典型應(yīng)用。

2 單電源ipm模塊結(jié)構(gòu)和工作原理

2.1 ipm模塊的一般特點(diǎn)

ipm模塊作為功率集成電路產(chǎn)品， 它使用表面貼裝技術(shù)將三相橋臂的六個(gè)igbt及其驅(qū)動(dòng)電路、保護(hù)電路集成在一個(gè)模塊內(nèi)，除了具有驅(qū)動(dòng)功能外， 還具有很多保護(hù)功能，與傳統(tǒng)分立igbt或模塊相比，其具有體積小、功能多、可靠性高、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。ipm模塊一般具有以下特點(diǎn)：

(1) 內(nèi)含驅(qū)動(dòng)電路;

(2) 內(nèi)含過(guò)電流保護(hù)(oc)、短路保護(hù)(sc);

(3) 內(nèi)含驅(qū)動(dòng)電源欠壓保護(hù)(uv);

(4) 內(nèi)含過(guò)熱保護(hù)(oh)，過(guò)熱保護(hù)是防止igbt、續(xù)流二極管(frd)過(guò)熱的保護(hù)功能;

(5)內(nèi)含報(bào)警輸出(alm)，alm是向外部輸出故障報(bào)警的一種功能，當(dāng)oh及下橋臂oc、uv保護(hù)動(dòng)作時(shí)，通過(guò)向控制ipm的微機(jī)輸出異常信號(hào)，能即時(shí)停止系統(tǒng)。對(duì)于具體不同型號(hào)的ipm，其內(nèi)部所集成的功能可能有所差異。

2.2 單電源ipm模塊的結(jié)構(gòu)和工作原理

ipm模塊正常工作時(shí)，需要提供驅(qū)動(dòng)電源。現(xiàn)在普遍使用的ipm模塊一般需要提供四路獨(dú)立的電源，目的是防止其內(nèi)部上、下橋臂發(fā)生直通短路現(xiàn)象，但隨著功率器件集成技術(shù)發(fā)展，一些生產(chǎn)廠家，如日本三菱，日本東芝，美國(guó)仙童等，采用自舉電源技術(shù)，推出單電源ipm模塊，使得只需給ipm提供一路驅(qū)動(dòng)電源，這為實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速系統(tǒng)共地提供了可能。單電源dip-ipmps21255-e的內(nèi)部電路如圖1所示。

單電源ipm模塊的結(jié)構(gòu)原理圖

在圖1中，hvic1～hvic3驅(qū)動(dòng)三相橋臂的上管，lvic驅(qū)動(dòng)三相橋臂的下管。其中，hvic1～hvic3中集成了輸入pwm信號(hào)整形電路、電平移位電路、欠壓保護(hù)電路、igbt驅(qū)動(dòng)電路，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

hvic內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖