前言

    變頻技術(shù)自發(fā)展以來，隨著技術(shù)的進(jìn)步，變頻器的功率器件也經(jīng)歷了從scr, gto到igbt的發(fā)展歷程，控制方式也從最初的v/f控制，發(fā)展到矢量控制，直接轉(zhuǎn)矩控制。然而，電力變換技術(shù)的進(jìn)步和電力變換器的廣泛應(yīng)用也帶來了很多弊端，其產(chǎn)生的公害－電磁干擾以及諧波污染已成為世人關(guān)注的社會(huì)問題。而雙pwm變頻調(diào)速技術(shù)以其可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的四象限運(yùn)行、能量轉(zhuǎn)換效率高、能量能雙向流動(dòng)，尤其是能方便地實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)側(cè)輸入功率因數(shù)近似為1，消除了諧波污染等特點(diǎn)已成為研究的一個(gè)熱點(diǎn)。

    雙pwm變頻器中整流及逆變部分均需要采用六個(gè)igbt開關(guān)管進(jìn)行控制，如果采用單獨(dú)的igbt開關(guān)管再加上續(xù)流二極管，勢(shì)必會(huì)使得變頻器的體積增大，即加大了設(shè)計(jì)的復(fù)雜性又增加成本。而采用ipm智能模塊就可以很方便的節(jié)約成本和減少體積。文中所介紹的ipm智能模塊是富士公司型號(hào)為6mbp20rh060的ipm智能模塊，它內(nèi)部具有低功耗、軟開關(guān)、高性能及擁有過熱保護(hù)的高可靠性igbt。內(nèi)置有過電流保護(hù)、短路保護(hù)、控制電壓欠壓保護(hù)、過熱保護(hù)及外部輸出警報(bào)端口。用這樣的模塊作為雙pwm變頻器的功率器件，大大簡(jiǎn)化了硬件電路的設(shè)計(jì)，縮小了電源體積，簡(jiǎn)化了接線，大大縮短了開發(fā)周期，更主要的是，它提高了系統(tǒng)的安全性和可靠性。

    ipm智能模塊介紹

    結(jié)構(gòu)原理

    ipm智能模塊6mbp20rh060的內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理如圖1所示，其內(nèi)部集成了六個(gè)帶續(xù)流二極管的igbt。從內(nèi)部結(jié)構(gòu)可以看出，上橋臂的三個(gè)igbt分別由各自的電源供電，分別有三組結(jié)構(gòu)相同的輸入，每一組包括電源輸入端、驅(qū)動(dòng)輸入端、接地端。下橋臂的三個(gè)igbt由同一個(gè)電源供電，電路有電源輸入端、三個(gè)驅(qū)動(dòng)輸入端、接地端。alm管腳的作用是保護(hù)電路動(dòng)作時(shí)下橋臂警報(bào)輸出，6mbp20rh060型號(hào)不具備上橋臂橋臂警報(bào)輸出，只有下橋臂橋臂警報(bào)輸出。 ipm智能模塊的u、v、w為模塊的三相交流電輸入或輸出，p、n1、n2為模塊的直流電輸出或輸入，具體設(shè)計(jì)將在下文中給出。

    圖1 ipm智能模塊6mbp20rh060的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

    電氣特性

    該模塊的電氣性能為額定電流20a，耐壓值為600v，直流母線耐壓值450v，浪涌值為500v。最大開關(guān)頻率為20khz。在雙pwm變頻器中，整流和逆變部分均使用該性能的ipm模塊就可以達(dá)到設(shè)計(jì)的要求。

    保護(hù)功能

    (1)過電流保護(hù)。檢測(cè)連接在直流n母線上的電流檢測(cè)分流電阻r(見圖1中)的兩端電壓來進(jìn)行過電流保護(hù)。在約5ms期間內(nèi)連續(xù)超過過電流保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，則會(huì)軟關(guān)斷igbt。并且裝有檢測(cè)濾波器，可以防止因瞬間過電流及噪音而導(dǎo)致的誤動(dòng)作。

    (2)短路保護(hù)功能。在短路保護(hù)動(dòng)作時(shí)，全部短路保護(hù)連動(dòng)，來抑制負(fù)載短路及橋臂短路時(shí)的峰值電流。

    (3)控制電源電壓下降保護(hù)功能�？刂齐娫措妷涸诩s5ms期間內(nèi)連續(xù)低于控制電源電壓不足保護(hù)電壓時(shí)，該功能會(huì)軟關(guān)斷igbt。約過2ms后，控制電源電壓恢復(fù)后，如果輸入信號(hào)為off，則警報(bào)解除。

    (4)外殼溫度過熱保護(hù)功能。該保護(hù)功能通過與功率芯片安裝在同一陶瓷基板上的溫度檢測(cè)元件來檢測(cè)絕緣基板溫度，當(dāng)檢測(cè)溫度連續(xù)超過保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)約1ms以上時(shí)，會(huì)軟關(guān)斷igbt。

    (5)芯片溫度過熱保護(hù)功能。該功能將通過在全部igbt芯片上的溫度檢測(cè)元件來檢測(cè)igbt芯片溫度，當(dāng)檢測(cè)溫度連續(xù)超過保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)約1ms以上時(shí)，會(huì)軟關(guān)斷igbt。

    (6)警報(bào)輸出功能。保護(hù)功能動(dòng)作時(shí)，警報(bào)輸出端子相對(duì)各基準(zhǔn)電位gnd導(dǎo)通，有能力以放開集電極輸出，直接驅(qū)動(dòng)光耦器，內(nèi)置1.5kω的串聯(lián)電阻。保護(hù)功能動(dòng)作時(shí)，警報(bào)信號(hào)輸出約持續(xù)2ms，當(dāng)警報(bào)原因消除時(shí)，再經(jīng)過2ms以上，而且輸入信號(hào)為off的話，則警報(bào)解除。下橋臂各驅(qū)動(dòng)電路的警報(bào)端子相互連接，所以任何一個(gè)igbt一旦輸出警報(bào)，則包括制動(dòng)電路在內(nèi)的下橋臂全部igbt停止。

    圖2 基于ipm的雙pwm變頻調(diào)速系統(tǒng)框圖

    圖3 ipm驅(qū)動(dòng)的典型電路

    圖4 ipm故障輸出典型電路

  &n