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变频电源设计中IPM的基本工作特性

来源:艾特贸易网 www.aitmy.com2017-06-04

简介(1) IPM 的结构。 IPM 由高速、低功率的 IGBT 芯片和优选的门级驱动及保护电路构成,如图 5-3 所示。其中, IGBT 是 GIR 和 MOSFET 的复合,由 MOSFET 驱动 GIR ,因而 IGBT 具有两者的优点。 IPM

    (1) IPM的结构。IPM由高速、低功率的IGBT芯片和优选的门级驱动及保护电路构成,如图5-3所示。其中,IGBTGIRMOSFET的复合,由MOSFET驱动GIR,因而IGBT具有两者的优点。    IPM根据内部功率电路配置的不同可分为四类:H型(内部封装一个IGBT)、D型(内部封装两个IGBT)C(内部封装6IGBT)R(内部封装7IGBT)。小功率的IPM使用多层环氧绝缘系统,中大功率的IPM使用陶瓷绝缘。
D型IPM结构及IGBT等效电路
    5-3    DIPM结构及IGBT等效电路    (a)DIPM结构; (b) IGBT等效电路    (2) IPM内部功能机制。IPM的功能框图如图5-4所示。IPM内置驱动和保护电路,隔离接口电路需用户自己设计。IPM内置的驱动和保护电路使系统硬件电路简单、可靠,缩短了系统开发时间,也提高了故障下的自保护能力。与普通的IGBT模块相比,IPM在系统性能及可靠性方面都有进一步的提高。    保护电路可以实现控制电压欠压保护、过热保护、过流保护和短路保护。如果IPM模块中有一种保护电路动作,IGBT栅极驱动单元就会关断门极电流并输出一个故障信号(FO)。各种保护功能具体如下:    1)控制电压欠压保护( UV)IPM使用单一的+15V供电,若供电电压低于12.5V,且时间超过toff= 10ms,发生欠压保护,封锁门极驱动电路,输出故障信号。
IPM功能框图
    5-4    IPM功能框图    2)过温保护(0T):在靠近IGBT芯片的绝缘基板上安装了一个温度传感器,当IPM温度传感器测出其基板的温度超过温度值时,发生过温保护,封锁门极驱动电路,输出故障信号。    3)过流保护(0C):若流过IGBT的电流值超过过流动作电流,且时间超过foff,则发生过流保护,封锁门极驱动电路,输出故障信号。为避免发生过大的di/dt,大多数IPM采用两级关断模式,过流保护和短路保护操作波形如图5-5所示。其中,UCE为内部门极驱动电压,Isc为短路电流值,IOC为过流电流值,Ic为集电极电流,IFO为故障输出电流。
IPM短路及过流保护操作波形
    5-5    IPM短路及过流保护操作波形    4)短路保护(SC):若负载发生短路或控制系统故障导致短路,流过IGBT的电流值超过短路动作电流,则立刻发生短路保护,封锁门极驱动电路,输出故障信号。跟过流保护一样,为避免发生过大的di/dt,大多数IPM采用两级关断模式。为缩短过流保护的电流检测和故障动作的响应时间,IPM内部使用实时电流控制电路(RTC),使响应时间小于100ns,从而有效抑制了电流和功率峰值,提高了保护效果。    IPM发生UVOCOTSC中任一故障时,其故障输出信号持续时间tfo1.8msSC持续时间会长一些),此时间内IPM会封锁门极驱动,关断IPM;故障输出信号持续时间结束后,IPM内部自动复位,门极驱动通道开放。    可以看出,器件自身产生的故障信号是非保持性的,如果tfo结束后故障源仍旧没有排除,IPM就会重复自动保护的过程,反复动作。过流、短路、过热保护动作都是非常恶劣的运行状况,应避免其反复动作,因此仅靠IPM内部保护电路还不能完全实现器件的自我保护。要使系统真正安全、可靠运行,需要辅助的外围保护电路。