IPM在電力機車大功率開關電源中的應用研究

摘要：智能功率模塊IPM在電力電子領域的應用越來越廣泛。在此詳細描述了IPM的結構和外型，著重闡明了IPM中的自我保護機制，以便于蝙程實現。同時，結合在研項目“電力機車模塊化分布式大功率開關直流穩壓電源”的設計與開發，分析了IPM作為大功率高頻逆變器應用時的相關注意事項，給出了具體設計的電路圖和選型資料。通過實際現場調試，現場保護靈敏度高，運行穩定可靠。
關鍵詞：IPM；保護機制；IGBT；逆變器

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

1 IPM的基本結構
1．1 IPM結構形式
IPM是由高速低功耗的IGBT芯片和優先的門級驅動及保護電路構成，如圖1所示。根據內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型內部封裝1個IGBT，D型內部封裝2個IGBT，C型內部封裝6個IGBT，R型內部封裝7個IGBT。


1．2 IPM的內部機制
IPM內部設有柵極驅動控制電路、故障檢測電路和各種保護電路，采用帶有電流傳感器的IGBT芯片，用以監測IGBT的主電流。而內部故障保護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。