智能功率模塊IPM的主要特點及內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理

IPM是一種混合集成電路，它將大功率開關(guān)元件和驅(qū)動電路、保護電路、檢測電路等集成在同一個模塊內(nèi)，這種功率集成電路特別適應逆變器高頻化發(fā)展方向的需要。其產(chǎn)品外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1-15所示。

圖1-15 智能功率模塊及內(nèi)部結(jié)構(gòu)

目前，IPM一般以IGBT為基本功率開關(guān)元件，構(gòu)成單相或三相逆變器的專用功能模塊，在中小容量變頻器中廣泛應用。

除了在工業(yè)變頻器中被大量采用后，經(jīng)濟型的IPM在近年來也開始在一些民用產(chǎn)品如家用空調(diào)變頻器、冰箱變頻器、洗衣機變頻器中得到應用。

變頻器常用智能功率模塊IPM的主要特點及內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理

智能功率模塊將功率開關(guān)和驅(qū)動電路集成在一起，而且還設(shè)有過電壓、過電流、過熱等故障檢測電路，并將檢測信號送給CPU。它具有體積小、功能多、功耗小、使用方便等優(yōu)點，被廣泛應用于通用變頻器之中。

IPM是將主開關(guān)器件、續(xù)流二極管、驅(qū)動電路、過電流保護電路、過熱保護電路和短路保護電路以及驅(qū)動電源不足保護電路、接口電路等集成在同一封裝內(nèi)，形成的高度集成的智能功率集成電路。

IPM的主要特點

1.驅(qū)動電路

在IPM內(nèi)部設(shè)置了高性能的驅(qū)動電路，具有出現(xiàn)故障后自動軟關(guān)斷IGBT的功能，同時，由于結(jié)構(gòu)緊湊，驅(qū)動電路與IGBT之間距離極短，抗干擾能力強，輸出阻抗又很低，不需要加反偏電壓，簡化了驅(qū)動電路電源，僅需提供1組下橋臂的公共電源和3組上橋臂的獨立“浮地”電源。

2.欠電壓保護

每個驅(qū)動電路都具有欠電壓（UV）保護功能。無論什么原因，只要驅(qū)動電路電源電壓Ucc低于欠電壓閥值Uuv時間超過10ms，IPM就會關(guān)斷，同時輸出一個故障報警信號。

3.過熱保護

IPM內(nèi)部絕緣基板上設(shè)有溫度傳感器，當溫度超過過熱斷開閥值時，IPM內(nèi)部的保護電路就會阻止門極驅(qū)動信號，不接受控制輸入信號，直至過熱現(xiàn)象消失，保護器件不受損壞，同時輸出過熱故障信號。當溫度下降到過熱復位閥值時，電路自動恢復正常工作。

4.過電流、短路保護

IPM中的IGBT電流傳感器是射極分流式，采樣電阻上流過的電流很小，但與流過開關(guān)器件上的電流成正比例關(guān)系，從而取代了大功率電阻、電流互感器、霍爾電流傳感器等電流監(jiān)測組件。如果IPM中任意一IGBT的C極電流大于過電流動作電流10μs時，IPM將軟關(guān)斷，并且輸出過電流報警信號。

5.制動電路

IPM中設(shè)有IGBT組成的制動電路。當IPM接收到制動信號后，制動電路中的IGBT導通，接在制動端BN的制動電阻吸收電能，制動電路工作。

6.使用方便

IPM采用陶瓷絕緣結(jié)構(gòu)，直接安裝在絕緣板上。直流輸入（P、N）、制動單元輸出（B）和變頻器輸出端子直接用螺釘連接；輸入、輸出控制端子并排成一列，可用通用插座連接。所以主接線端子和控制端接線端子都可以直接拆卸，不需要烙鐵焊接，非常方便。

IPM內(nèi)部的基本結(jié)構(gòu)和原理

1.IPM內(nèi)部基本結(jié)構(gòu)原理

智能功率模塊IPM的主要特點及內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理

圖一 IPM內(nèi)部的基本結(jié)構(gòu)原理圖

如圖一所示：圖中UV為欠壓保護單元、OC為過電流保護單元、SC為短路保護單元、OT為過熱保護單元，這些保護單元的輸出信號作為或門輸入信號。4種保護單元中只要有一種保護單元發(fā)生故障，IPM就會輸出故障信號。圖中Drive為驅(qū)動放大單元，從圖中可以看出驅(qū)動放大單元一方面將接收到的控制信號進行放大輸出，驅(qū)動IGBT控制極；同時，可以接收任一故障保護電路的信號，一旦接收到故障保護電路的信號，便輸出軟關(guān)斷驅(qū)動信號去軟關(guān)斷IGBT，使IGBT受到保護。

2.IPM內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理

智能功率模塊IPM的主要特點及內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理

圖二 IPM內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖

由圖二可見IGBT1~IGBT6組成逆變橋，VDF1~VDF6分別為6個IGBT的續(xù)流二極管。其中IGBT1~IGBT3為上橋臂開關(guān)器件，由3個單獨“”浮地直流電源給3組控制電路供電；IGBT4~IGBT6為下橋臂開關(guān)器件，3組控制電路由一組直流電源供電；IGBT7為制動電路開關(guān)器件，VDW是它的續(xù)流二極管，內(nèi)部具有門極驅(qū)動控制、故障檢測和多種保護電路。內(nèi)部故障保護電路若檢測到過電流、欠電壓、過熱和短路故障中的任一故障，IPM就會自行軟關(guān)斷，同時送出故障報警信號。