二、 IPM的保护功能
保护电路可以实现控制电压欠压保护、过热保护、过流保护和短路保护。如果IPM模块内有一种保护电路动作,IGBT栅极驱动单元就会关断门极电流并输出一个故障信号FO。各种保护功能具体如下:
1、过热保护(OT):在靠近IGBT芯片的绝缘基板上安装了一个温度传感器,当IPM温度传感器测出其基板的温度超过温度值时,发生过热保护,封锁门极驱动电路,输出故障信号。
2、过流保护(OC):若流过IGBT的电流值超过过流动作电流,且时间超过toff(10ms)时,则发生过流保护,封锁门极驱动电路,输出故障信号。为避免发生过大的di/dt,大多数IPM采用两级关断模式。
3、控制电压欠压保护(UV):IPM使用+15V供电,若供电电压低于设定电压,且时间超过toff时 ,发生欠压保护,封锁门极驱动电路,输出故障信号。
4、短路保护(SC):若负载发生短路或控制系统故障导致短路,流过IGBT的电流值超过短路动作电流,则立刻发生短路保护,封锁门极驱动电路,输出故障信号。跟过流保护一样,为避免发生过大的di/dt,大多数IPM采用两级关断模式。为缩短过流保护的电流检测和故障动作间的响应时间,IPM内部使用实时电流智能功率模块IPM控制电路分类,参数(RTC),使响应时间小100ns,从而有效抑制了电流和功率峰值,提高了保护效果。
驱动电路的原理
图4是用于空调机变频控制器的三菱公司的六合一IPM智能功率模块——PM20CTM060驱动电路的原理图。开关控制信号和故障信号是通过隔离接口电路同系统控制器连接的。TLP559的特点智能功率模块IPM是开关速度高,每秒达1M次。TLP521则具有电流传输比(CTR)大的特点,CTR值达200,图中的R508是一个上拉电阻,它是分类,参数确保在IPM智能功率模块没有故障时VFO的输出为高电平。
在使用IPM的设计中,4路15V电源的质量要求比较高,波动范围为15 V±10%,否则会影响IPM工作的可靠性。而隔离光耦的选择也十分重要,电流传输比(CTR)智能功率模块IPM应在100~200之间,隔离光耦的输入端是TTL电平分类,参数,其输入电流应设定为8~10mA。若设计不当,则会增加IGBT工作在放大区的时间,导致IGBT功耗增大,不能充分发挥IPM的效能。另外为了防止IGBT上下桥臂同时导通,软件设计时,在上下桥臂导通上设有死区时间(即互锁时间)。若硬件设计不当,则会导致所需死区时间延长,从而增加IPM三相输出的高次谐波成分,致使压缩机运行振动增加,效率下降。