80C196MC波形發(fā)生器和智能功率模塊在逆變器中的應(yīng)用

3 智能功率模塊

電力電子器件是電力電子技術(shù)的重要基礎(chǔ)。各種新型的電力電子器件不斷涌現(xiàn)推動(dòng)了電力電子技術(shù)的發(fā)展。 80年代后期，以絕緣柵極雙極型晶體管IGBT （Insulated Gate Bipolar Transistor）為代表的復(fù)合型器件異軍突起。IGBT是功率場(chǎng)控晶體管MOSFET和電力晶體管GTR的復(fù)合，它把MOSFET的驅(qū)動(dòng)功率小、開關(guān)速率快的特點(diǎn)和GTR通態(tài)壓降小、載波能力大的優(yōu)點(diǎn)集于一身，因而性能十分優(yōu)越，從而使之成為現(xiàn)代電力電子技術(shù)的主導(dǎo)器件。但是在實(shí)際電路中，大功率、高頻率的開關(guān)操作動(dòng)態(tài)條件非常荷刻。功率電路，緩沖電路還有門極驅(qū)動(dòng)電路必須設(shè)計(jì)到足以承受di/dt和dv/dt極限值。如果過電壓就會(huì)發(fā)生。同時(shí)地環(huán)路和雜散電容還會(huì)引起嚴(yán)重的噪聲問題。因此合理的布局對(duì)于IGBT的可靠性和工作效率是非常重要的。哪一個(gè)環(huán)節(jié)沒有設(shè)計(jì)好都會(huì)影響電路的正常工作，甚至將器件損壞。三菱智能功率模塊IPM（Intelligent Power Module）是一種將高速、低損耗IGBT及其最佳門極驅(qū)動(dòng)和保護(hù)電路集于一體的功率模塊。該模塊通過使用一種先進(jìn)的在線監(jiān)控電流傳感器IGBT來實(shí)現(xiàn)高效的過電流和短路保護(hù)。IPM的過溫保護(hù)和低電壓閉鎖保護(hù)更是大大的提高了系統(tǒng)的可靠性，而且整體模塊體積小、結(jié)構(gòu)緊湊，從而大大減小了整個(gè)裝置的外形尺寸。下面結(jié)合PM100CSA120的內(nèi)部結(jié)構(gòu)來說明其原理和保護(hù)功能。

PM100CSA120 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3所示，六只IGBT反并聯(lián)續(xù)流二極管連接成三相全橋電路。每一只IGBT都有相應(yīng)的隔離驅(qū)動(dòng)電路，所以驅(qū)動(dòng)信號(hào)需要隔離后再進(jìn)入模塊，并且要給上橋臂每一個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊提供單獨(dú)的隔離直流電源，下橋臂因共地可共用一個(gè)直流電源。每一驅(qū)動(dòng)電路都有完善的保護(hù)電路以防止器件損壞。這些保護(hù)包括以下幾方面：

（1）控制電壓低閉鎖

IPM的內(nèi)部控制電路需要15V直流電源，當(dāng)這個(gè)電壓因某種原因低于某個(gè)電壓值（U1）或高于某個(gè)電壓值（Uh）時(shí)，驅(qū)動(dòng)電路自動(dòng)閉鎖，并且發(fā)出故障信號(hào)Fo以通知主控電路。

（2）溫度保護(hù)電路

IPM內(nèi)部有一個(gè)固定在底盤IGBT器件附近的溫度傳感器，當(dāng)模塊溫度超過一定值To時(shí)，驅(qū)動(dòng)電路自動(dòng)閉鎖直到模塊溫度降低到To以下為止，同時(shí)也發(fā)出故障信號(hào)Fo。

（3）過流保護(hù)

IPM可用電流傳感型IGBT對(duì)模塊進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，如果通過IPM的電流超過過電流門限值OC且持續(xù)時(shí)間達(dá)到toff(OC)時(shí)，保護(hù)電路將閉鎖門極驅(qū)動(dòng)并產(chǎn)生故障信號(hào)。這段持續(xù)時(shí)間是為了避免通過IPM的瞬時(shí)類峰所造成的保護(hù)誤動(dòng)。