单电源IPM模块在变频调速控制器中的应用

       1 引言

　　随着电力电子技术、计算机技术和超大规模集成电路技术的快速发展，变频调速系统趋向数字化和高集成度方向发展。传统的分立元器件逐渐被高可靠性的集成元器件所代替：一方面可以减少设计电路的元器件的数量，提高设计效率和缩短开发周期，另一方面，可以大大提高系统的可靠性。因此，集成元器件的应用越来越广泛。在变频调速系统如工业洗衣机，变频家电等控制系统中，功率驱动器件是必不可少的，智能功率模块（ipm）就是一个典型的高度集成的功率驱动器件，由于其体积小、集成功能多、成本低、可靠性高和使用方便等诸多优点，在中、小功率交流变频调速器中已大量使用。本文对单电源ipm模块在变频调速控制器中的应用进行详细的阐述，并结合具体的应用系统给出其典型应用。

       2 单电源ipm模块结构和工作原理

　　2.1 ipm模块的一般特点

　　ipm模块作为功率集成电路产品， 它使用表面贴装技术将三相桥臂的六个igbt及其驱动电路、保护电路集成在一个模块内，除了具有驱动功能外， 还具有很多保护功能，与传统分立igbt或模块相比，其具有体积小、功能多、可靠性高、价格便宜等优点。ipm模块一般具有以下特点：

　　（1） 内含驱动电路;

　　（2） 内含过电流保护（oc）、短路保护（sc）;

　　（3） 内含驱动电源欠压保护（uv）;

　　（4） 内含过热保护（oh），过热保护是防止igbt、续流二极管（frd）过热的保护功能;

　　（5）内含报警输出（alm），alm是向外部输出故障报警的一种功能，当oh及下桥臂oc、uv保护动作时，通过向控制ipm的微机输出异常信号，能即时停止系统。对于具体不同型号的ipm，

　　其内部所集成的功能可能有所差异。

　　2.2 单电源ipm模块的结构和工作原理

　　ipm模块正常工作时，需要提供驱动电源。现在普遍使用的ipm模块一般需要提供四路独立的电源，目的是防止其内部上、下桥臂发生直通短路现象，但随着功率器件集成技术发展，一些生产厂家，如日本三菱，日本东芝，美国仙童等，采用自举电源技术，推出单电源ipm模块，使得只需给ipm提供一路驱动电源，这为实现变频调速系统共地提供了可能。单电源dip-ipmps21255-e的内部电路如图1所示。

　　在图1中，hvic1～hvic3驱动三相桥臂的上管，lvic驱动三相桥臂的下管。其中，hvic1～hvic3中集成了输入pwm信号整形电路、电平移位电路、欠压保护电路、igbt驱动电路，其结构示意图如图2所示。