IPM在電力機車大功率開關(guān)電源中的應(yīng)用研究

摘要：智能功率模塊IPM在電力電子領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。在此詳細(xì)描述了IPM的結(jié)構(gòu)和外型，著重闡明了IPM中的自我保護(hù)機制，以便于蝙程實現(xiàn)。同時，結(jié)合在研項目“電力機車模塊化分布式大功率開關(guān)直流穩(wěn)壓電源”的設(shè)計與開發(fā)，分析了IPM作為大功率高頻逆變器應(yīng)用時的相關(guān)注意事項，給出了具體設(shè)計的電路圖和選型資料。通過實際現(xiàn)場調(diào)試，現(xiàn)場保護(hù)靈敏度高，運行穩(wěn)定可靠。
關(guān)鍵詞：IPM；保護(hù)機制；IGBT；逆變器

隨著電子技術(shù)的發(fā)展，功率半導(dǎo)體技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)代電力電子技術(shù)的核心。以絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)為代表的功率器件，在眾多工業(yè)控制領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用。IGBT作為一種典型的雙極性MOS復(fù)合型功率器件，集MOSFET與GTR(大功率晶體管)的優(yōu)點于一身，既具有輸入阻抗高，開關(guān)速度快，熱穩(wěn)定性好和驅(qū)動電路簡單的長處，又具有通態(tài)電壓低，耐壓高和承受電流大的優(yōu)點。IPM(intelligent power
module)作為一種智能功率模塊，它以IGBT為基礎(chǔ)，內(nèi)部集成了邏輯、控制、檢測和保護(hù)電路，與普通IGBT相比，在系統(tǒng)性能和可靠性上均有很大的提高，同時由于IPM通態(tài)損耗和開關(guān)損耗都比較低，使散熱器的尺寸減小，故整個系統(tǒng)的體積減小了很多，適應(yīng)了功率器件的發(fā)展方向，從而應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣。

1 IPM的基本結(jié)構(gòu)
1．1 IPM結(jié)構(gòu)形式
IPM是由高速低功耗的IGBT芯片和優(yōu)先的門級驅(qū)動及保護(hù)電路構(gòu)成，如圖1所示。根據(jù)內(nèi)部功率電路配置的不同，IPM分為H型、D型、C型和R型4種。圖中，H型內(nèi)部封裝1個IGBT，D型內(nèi)部封裝2個IGBT，C型內(nèi)部封裝6個IGBT，R型內(nèi)部封裝7個IGBT。


1．2 IPM的內(nèi)部機制
IPM內(nèi)部設(shè)有柵極驅(qū)動控制電路、故障檢測電路和各種保護(hù)電路，采用帶有電流傳感器的IGBT芯片，用以監(jiān)測IGBT的主電流。而內(nèi)部故障保護(hù)電路主要用以檢測過流、過熱和欠壓等故障。圖2為IPM功能框圖。