智能功率模块.docx

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1、作者简介:陈永利 (1970 ),男，河北深 州人，讲师，主要研 究电力电子与电力 传动工作。智能功率模块(,pm)的驱动与保护3陈永利，闫英敏，赵霞，刘闯(军械工程学院电气工程系，河北石家庄050003)摘要:介绍了智能功率模块(IPM )的驱动电路和保护电路。实践结果表明,运行良 好。关键词:IPM;驱动电路;保护电路222中图分类号:TP212. 6 文献标识码:A文章编号：1003 4250 ( 2007) 02 0010 02VP1 ?VN15FPOSPRCP1VCCFO TEMPOUT1SR OUT2IN SENSSINK GNDvpc y-1SNRq1 C2E1IPM智能功率模块

2、是一种新型功率开关器件， 它集成了 GTR和MOSFET的优点，具有高耐压、高 输入阻抗、高开关频率、低驱动功率等优点,而且 IPM内部集成了逻辑、控制、检测和保护电敝而 大大提高了系统的可靠性,因此,使用起来非常方 便。本文以三菱公司PM75DSA120为例介绍IPM 的驱动电路和保护电路的设计。其内部结构图如图 1所示。vccPC temp 拦 OUT1 SR OUT2IN SENSSINKGND_1驱动电路的设计PM75DSA120为双单元结构，在其内部封装了 两个IGB T,额定工作电压为1 200V，额定工作电流 为75A ,开关频率为520kHz,控制电压为15 1. 5V。IPM

3、与IGB T驱动电路设计相比,外围驱动电路 的设计比较方便，但对驱动电路的要求确很严格： 驱动电压为15 1. 5V，低于13. 5V时模块本 身发出欠电压保护信号;高于20V时可能损坏模块内部的驱动电路； 每一路驱动电源之间应相互隔离。以避免噪 声干扰； 驱动电路输出端滤波电容不能太大,否则容 易引起误触发； 信号隔离电路应采用快速型光电隔离器，且 其传输延时要小于0. 8监； 驱动电路与IPM模块之间的连线尽可能短, 最好驱动电路的线路板与IPM模块直接焊接在一 起,避免干扰引起的误触发导通。基于以上的技术要求,下面介绍一种高可靠性的IPM驱动电路方PWMR2330VCC|CZ故稀）出10

4、k图1内部结构图案，如图2所示。图2 IPM驱动电路 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 3收稿日期:2007203223来自控制电路的PWM信号经R 2限流,再经高 速光电隔离器HCPL4504隔离后接IPM内部驱动电 路并控制开关管工作,FO故障输出信号经PC817 隔离后送出故障信号。驱动电源采用金升阳公司的 05015S电源模块，+ 15V与地之间接47rF的滤波 电容以滤去共模噪声，提高电源的抗干扰能力。驱 动电路输出端的滤波电容采用0. 1仃的独石电容。

5、 限流电阻R 1可适当减小，以提高控制信号波形前 沿的陡度,但不易太小,否则容易产生干扰。2保护电路设计在IPM内部已经集成了控制电压欠压保护、 过温保护、过流保护、短路保护电路，当发生故障 时，故障信号输出端会输出故障信号。但实际使用 时，为了可靠的保护IPM模块，还需要辅助的外围 保护电路，以提高可靠性。(1)过压保护由于IPM在高频开关过程和功率回路寄生电感 等叠加产生的di/ dt、dv / dt和瞬时功耗，给器件以 较大的冲击，易损坏器件。设置吸收电路，就是改变器 件的开关轨迹，控制各种瞬态过电压，降低器件开 关损耗，保护器件安全运行。常用的吸收电路如图3所示。图3 吸收电路参数的选

6、取：3 Ls (IC / U )2其中:L为直流环路的分布电感。其值一般为 几十到几百SnH。IC为IPM的电流值。U为Ls的储能转移到C而引起的过电压。- 般限制在100V以下。1R F Cf其中：f为IPM的开关频率。为了防止C放电产生振荡，应使放电按过阻尼 进行，因此，吸收电路的参数可按下式校验。R E 旦2 ls /cs二极管D选用快恢复二极管。(2)封锁PWM控制信号保护，如图4所示。F0 11PWM1-12PWM2-13PWMa-14PWM4-1 56T77X 74ALSM_100 1 1v I 0.11 -U3ER1图4封锁PWM控制信号保护电路AOBOAlBlA2B2A3B3A

7、4B4A5B5A6B6A7B7EDIRU10 74LS64018PWM117PWM216PWM315PWM414131211IPM的控制信号经带控制端的三态收发器 74LS640输出后送共态脉冲互锁电路。各IPM的故 障输出信号经或门相或后送74ALS04反相，再经 RC低通滤波器滤波后送入74LS640的使能端。当 IPM没有故障发生时,74LS640选通，IPM正常工 作;IPM发生故障时，74LS640截止，封锁所有IPM 的控制信号，关断IPM，达到保护目的。(3)共态脉冲互锁电路在使用IPM的过程中我们发现，当选取IPM 时，若留出足够的余量，IPM 一般情况下不容易损 坏，但有时仍

8、有损坏情况发生，分析其原因，均为发 生过流，通过测量微处理器输出的PWM信号，发现 同一桥臂的控制信号在主电路为高压大电流情况下 很容易叠加干扰信号，(页)下转第25 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights resen ed. httpr/ZAutoma te synchron iza tion con trol system of more d iesel genera ting setsba sed on programmable con troller2CHEN Hong bin(F

9、ud ian Kang D iesel Genera ting S et Co, L td, Guangdong P rov. , S henzhen 518126, Ch ina)Abstract: D iscussed app lication of automate synchronization contro l system of more diesel generator sets use of p rogrammable contro ller ( PLC) . A nalysis of software and electric circuit for automate syn

10、chronization control system in p racticality p roject .Key words: diesel generator set; synchronization; p rogrammable controller(上接第11页)致使同一桥臂的两个IGBT发生直通，导致模块损 坏。为此，我们设计了共态脉冲互锁电路，这样即使 有干扰，甚至由于某种原因，微处理器不能正常输 出，也能保证同一桥臂的两个IGB T不能同时导通, 达到保护的目的。电路图如图5所示。图5共态脉冲互锁电路其功能表见表1。通过功能表可知，当输入信号正常输入时，输出 信号也正常输出;当

11、输入信号由于干扰或某种原因 均为高电平时，输出信号均为低电平，使得IPM中 的两个IGB T均截至，避免了直通现象的发生，达到 保护IPM的目的。表1共态脉冲互锁电路功能表输入信号输出信号_PWM1 1_PWM2 1_PWM1PWM2低电平低电平低电平低电平高电.平低电平高电.平低电平低电平高电平低电平高电平高电平2 高电平2 低电平 低电平(4)软件保护IPM输出的故障报警信号经光电隔离后经或门 送到微处理器的外部中断输入端，当有故障发生时, 微处理器运行中断子程序,将输出的PWM全部置 为低电平,使得IPM中的开关管全部处于关断状 态,从而达到保护目的。上述电路设计方法均已得到实际验证,运

12、行结 果表明，IPM供电稳定，运行良好，保护电路可以可 靠保护功率器件，达到预期效果。参考文献：1M isubishi Inteligent Power Modules PM75DSA120Z.M isubishi Electric, 1998.2王耀北.基于DSP的4kW中频正弦逆变电源设计 D.军械工程学院硕士论文,2005.3徐晓峰，等.IGBT逆变器吸收电路的研究J.电力 电子技术，1998.Dr iv ing c ircu it and safeguard of in telligen t power module( IPM )CHEN Yong li, YAN Ying m in,

13、 ZHAO X ia, L IU Chuang(D epa rtm en t of E lectric Eng ineering of O rdance Eng ineering College, Hebei P rov. , S h ijiazhuang 050003, Ch ina)Abstract: Introduced the driving circuit and safeguard of intelligent power module. B y experim enting, it was reliable.2Key words: IPM; driving circuit; safeguard 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights rescivcd. 2