家電智能功率模塊單驅(qū)動電源方案

由于雙列直插式(DIP)智能功率模塊(IPM)內(nèi)置高壓集成電路(HVIC)，使采用單一控制電源供電成為可能。對控制電源的性能指標(biāo)要求為：+15V(+-10%)，dv/dt≤(1V/us，V紋波>≤2Vp-p。HVIC器件通常會忽略掉脈寬50ns、脈沖幅值5V的高頻噪聲。這里值得注意的是，控制電源VD應(yīng)先于主電源(P-N間電源)開啟，并晚于主電源關(guān)斷。
充電初始過程
　　為了使IPM正常起動，需要提供初始自舉充電信號。如圖1所示，通過打開N側(cè)的IGBT，自舉電容被充電，控制信號應(yīng)具有足夠的脈寬使自舉電容能充滿電。為了實(shí)現(xiàn)此初始化功能，在軟件上應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的處理，即增加初始化程序段。
　　參考參數(shù)：自舉電容為100uF、自舉電阻為50(情況下，初始充電時(shí)間約5ms。
　　自舉電容、電阻和二極管的選擇
1. 自舉電容C1的選擇：

　　其電容值可通過下式來選擇：

　　C1＝IBS(T1/(VHSPACE=12

　　圖1：充電初始化。

　　其中，T1為IGBT1的最大開通脈寬時(shí)間，IBS為IC的驅(qū)動電流(取決于溫度和頻率特性)，(V為允許的放電電壓。通常應(yīng)對計(jì)算出的電容值增加2~3倍裕量。注意：由于交流電機(jī)和直流無刷電機(jī)的控制方式不同，T1具有較大的差異，因而C1的選取值差別較大。
2. 自舉電阻R2的選擇

　　一般來說，R2電阻值的選擇應(yīng)使時(shí)間常數(shù)C1×R2能夠滿足使放電電壓((V)，能在IGBT2的最大導(dǎo)通脈寬(T2)內(nèi)充電到C1。同時(shí)還需注意充電瞬間的最大充電電流，控制電源應(yīng)能提供此瞬態(tài)電流。然而，如果僅僅IGBT具有“開-關(guān)-開”控制模式，時(shí)間常數(shù)的設(shè)置應(yīng)使在導(dǎo)通階段消耗的電荷能夠在關(guān)斷時(shí)間內(nèi)被充電。
3. 二極管D1的選擇
　　二極管D1應(yīng)采用高壓快恢復(fù)二極管(600V或更高)，最大承受電流應(yīng)大于充電瞬間的最大充電電流。
　　DIP IPM的短路保護(hù)電路
　在PCB板布局布線時(shí)，應(yīng)盡量滿足如下要求：

　　旁路電阻盡量靠近DIP IPM的引腳N放置；RC濾波器盡量靠近DIP IPM的CIN引腳放置；A、B和C之間的走線應(yīng)盡可能短。
　　RC濾波器時(shí)間常數(shù)設(shè)定在1~2(s之間，此RC濾波電路可防止旁路電阻上噪聲引起的短路保護(hù)誤動作，它還應(yīng)允許FWDi反向恢復(fù)電流流通。為了確定時(shí)間常數(shù)，需要考慮IGBT的性能，圖3舉例說明了帶最小導(dǎo)通閾值電壓的IGBT的情況。例如，當(dāng)驅(qū)動電壓為推薦范圍內(nèi)的最大值16.5V時(shí)，在上述條件下能通過額定集電極電流的8.5倍(VD=16.5V時(shí)的最大電流)，此時(shí)，如果IGBT的導(dǎo)通時(shí)間(脈寬)小于4us，表明IGBT能夠安全地關(guān)斷。對于DIP IPM，考慮設(shè)置裕量，RC時(shí)間常數(shù)的推薦值為2us或更小。
　　電流檢測旁路電阻值的選擇HSPACE=12

　　圖2：DIP IPM的短路保護(hù)電路。

　　采用下式來計(jì)算電流檢測電阻的阻值：R＝VSC(ref)/ISC。其中，VSC(ref)為控制IC的SC參考電壓(動作閾值)，ISC為需要中斷的電流值。
　　控制IC的SC參考電壓(動作閾值)隨寄生電壓和溫度而變化，應(yīng)考慮其波動范圍，需要基于下述參數(shù)來設(shè)計(jì)?？紤]到VSC(ref)參數(shù)及旁路電阻的精度問題，實(shí)際上應(yīng)考慮下述短路保護(hù)動作閾值：

　　SCmax.= VSC(ref)max，旁路電阻最小值；

　　SCtyp.= VSC(ref)typ，旁路電阻典型值；

　　SCmax.= VSC(ref)min，旁路電阻最大值。