80C196MC波形發(fā)生器和智能功率模塊在逆變器中的應用

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。各種新型的電力電子器件不斷涌現(xiàn)推動了電力電子技術(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）為代表的復合型器件異軍突起。IGBT是功率場控晶體管MOSFET和電力晶體管GTR的復合，它把MOSFET的驅(qū)動功率小、開關(guān)速率快的特點和GTR通態(tài)壓降小、載波能力大的優(yōu)點集于一身，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)的主導器件。但是在實際電路中，大功率、高頻率的開關(guān)操作動態(tài)條件非常荷刻。功率電路，緩沖電路還有門極驅(qū)動電路必須設計到足以承受di/dt和dv/dt極限值。如果過電壓就會發(fā)生。同時地環(huán)路和雜散電容還會引起嚴重的噪聲問題。因此合理的布局對于IGBT的可靠性和工作效率是非常重要的。哪一個環(huán)節(jié)沒有設計好都會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)動和保護電路集于一體的功率模塊。該模塊通過使用一種先進的在線監(jiān)控電流傳感器IGBT來實現(xiàn)高效的過電流和短路保護。IPM的過溫保護和低電壓閉鎖保護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都有相應的隔離驅(qū)動電路，所以驅(qū)動信號需要隔離后再進入模塊，并且要給上橋臂每一個驅(qū)動模塊提供單獨的隔離直流電源，下橋臂因共地可共用一個直流電源。每一驅(qū)動電路都有完善的保護電路以防止器件損壞。這些保護包括以下幾方面：

（1）控制電壓低閉鎖

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

（2）溫度保護電路

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

（3）過流保護

IPM可用電流傳感型IGBT對模塊進行在線監(jiān)測，如果通過IPM的電流超過過電流門限值OC且持續(xù)時間達到toff(OC)時，保護電路將閉鎖門極驅(qū)動并產(chǎn)生故障信號。這段持續(xù)時間是為了避免通過IPM的瞬時類峰所造成的保護誤動。