智能功率模块(IPM)的驱动与保护

１０　Ｍｏｖａｂｌｅ　Ｐｏｗｅｒ　Ｓｔａｔｉｏｎ　＆　Ｖｅｈｉｃｌｅ　Ｎｏ．２　２０ｏ７　智能功率模块（ＩＰＭ）的驱动与保护　陈永利，闰英敏，赵霞，刘　闯　（军械工程学院电气工程系，河北石家庄０５０００３）　摘好。　要：介绍了智能功率模块（ＩＰＭ）的驱动电路和保护电路。实践结果表明，运行良　作者简介：陈永利　（１９７０一），男，河北　关键词：ＩＰＭ；驱动电路；保护电路　中图分类号：ＴＰ２１２．６　文献标识码：Ａ　文章编号：１００３－４２５０（２００７）０２－００１０－０２　深州人，讲师，主要　研究电力电子与电　力传动工作。　ＩＰＭ智能功率模块是一种新型功率开关器件，　它集成了ＧＴＲ和ＭＯＳＦＥＴ的优点，具有高耐压、高　１驱动电路的设计　～　输入阻抗、高开关频率、低驱动功率等优点，而且　ＩＰＭ内部集成了逻辑、控制、检测和保护电路，从而　大大提高了系统的可靠性，因此，使用起来非常方　便。本文以三菱公司ＰＭ７５ＤＳＡ１２０为例介绍ＩＰＭ　的驱动电路和保护电路的设计。其内部结构图如图　ｌ所示。　－ＰＭ７５ＤＳＡＩ２０为双单元结构，在其内部封装了　两个ＩＧＢＴ，额定工作电压为Ｉ　２００Ｖ，额定工作电流　为７５Ａ，开关频率为５—２０ｋＨｚ，控制电压为１５±　１．５Ｖ。　ＩＰＭ与ＩＧＢＴ驱动电路设计相比，外围驱动电路　……………１　ＶＰ１　ｑ　Ｃ１　的设计比较方便，但对驱动电路的要求确很严格：　①驱动电压为１５±Ｉ．５Ｖ，低于１３．５Ｖ时模块本　身发出欠电压保护信号；高于２０Ｖ时可能损坏模块　内部的驱动电路；　②每一路驱动电源之间应相互隔离。以避免噪　Ｉ　ＦＰ０｛　ＩＮ　ＳＥＮＳ　Ｓ１ＮＫ　ＧＮＤ　ＳＰＲ｛　ＣＰ１　ＶＰＣ　ＶＮ１　声干扰；　③驱动电路输出端滤波电容不能太大，否则容　易引起误触发；　ＦＮ０　ＳＮＲ　ＣＮ１　ＶＮＣ　ＶＣＣ　Ｏ　ＴＥＭ０ｕＴ　ＩＮ．　ＯＵＴ２　ＩＮ　ＳＥＮＳ　ＳＩＮＫ　ＧＮＤ　Ｅ２　④信号隔离电路应采用快速型光电隔离器，且　其传输延时要小于０．８１ｘｓ；　⑤驱动电路与ＩＰＭ模块之间的连线尽可能短，　最好驱动电路的线路板与ＩＰＭ模块直接焊接在一　起，避免干扰引起的误触发导通。基于以上的技术　要求，下面介绍一种高可靠性的ＩＰＭ驱动电路方　图１内部结构图　案，如图２所示。　收稿日期：２００７－０３－２３　图２　ＩＰＭ驱动电路　维普资讯 http://www.cqvip.com

２００７年第２期　移动电源与车辆　来自控制电路的ＰＷＭ信号经　限流，再经高　速光电隔离器ＨＣＰＬ４５０４隔离后接ＩＰＭ内部驱动电　路并控制开关管工作，ＦＯ故障输出信号经ＰＣ８１７　隔离后送出故障信号。驱动电源采用金升阳公司的　０５０１５Ｓ电源模块，＋１５Ｖ与地之间接４７　的滤波　电容以滤去共模噪声，提高电源的抗干扰能力。驱　动电路输出端的滤波电容采用０．１　Ｆ的独石电容。　图３吸收电路　限流电阻　１可适当减小，以提高控制信号波形前　沿的陡度，但不易太小，否则容易产生干扰。　参数的选取：　Ｃ　Ｌ。（１ｃ／ＡＵ）　２保护电路设计　其中：厶为直流环路的分布电感。其值一般为　在ＩＰＭ内部已经集成了控制电压欠压保护、过　几十到几百ｎＨ。　温保护、过流保护、短路保护电路，当发生故障时，故　Ｊｃ为ＩＰＭ的电流值。　障信号输出端会输出故障信号。但实际使用时，为　ＡＵ为　。的储能转移到Ｃ而引起的过电压。一　了可靠的保护ＩＰＭ模块，还需要辅助的外围保护电　般限制在１００Ｖ以下。　路，以提高可靠性。　１　（１）过压保护　Ｒ　袁　由于ＩＰＭ在高频开关过程和功率回路寄生电　其中：　为ＩＰＭ的开关频率。　感等叠加产生的ｄｉ／ｄｔ、ｄｖ／ｄｔ和瞬时功耗，给器件以　为了防止Ｃ放电产生振荡，应使放电按过阻尼　较大的冲击，易损坏器件。设置吸收电路，就是改变　进行，因此，吸收电路的参数可按下式校验。　１　器件的开关轨迹，控制各种瞬态过电压，降低器件开　Ｒ　÷　／ｃ。　关损耗，保护器件安全运行。　二极管Ｄ选用快恢复二极管。　常用的吸收电路如图３所示。　（２）封锁ＰＷＭ控制信号保护，如图４所示。　Ｕ１０　７４ｌ　６∞　ＰＷＭｌ—ｌ　２　Ａ０　Ｂ０　ｌ８　ＰＷＭｌ　ＰＷ～　—ｌ　３　Ａｌ　Ｂｌ　ｌ７　ＰＷ　心　ＰＷＭ３一ｌ　４　ｌ６　ＰＷ　口　ＰＷＭ４－－１　５　Ａ２　Ｂ２　ｌ５　ＰＷＭ４　６　Ａ３　Ｂ３　ｌ４　７　Ａ４　Ｂ４　ｌ３　Ａ，５　Ｂ５　ｌ２　８　９　Ａ６　Ｂ６　１１　Ａ７　Ｂ７　ｌｌ　ｒ＼　ｌ０　Ｒ１　ｌ９　Ｅ　Ｉ／厂４　∞　－ｏｏ　ｃ－　［　Ｄｍ　图４封锁ＰＷＮＩ控制信号保护电路　ＩＰＭ的控制信号经带控制端的三态收发器　（３）共态脉冲互锁电路　７４ＬＳ６４０输出后送共态脉冲互锁电路。各ＩＰＭ的故　在使用ＩＰＭ的过程中我们发现，当选取ＩＰＭ　障输出信号经或门相或后送７４ＡＬＳ０４反相，再经　时，若留出足够的余量，ＩＰＭ一般情况下不容易损　ＲＣ低通滤波器滤波后送人７４Ｉ＿５６４０的使能端。当　坏，但有时仍有损坏情况发生，分析其原因，均为发　ＩＰＭ没有故障发生时，７４ＬＳ６４０选通，ＩＰＭ正常工　生过流，通过测量微处理器输出的ＰＷＭ信号，发现　作；ＩＰＭ发生故障时，７４ＬＳ６４０截止，封锁所有ＩＰＭ　同一桥臂的控制信号在主电路为高压大电流情况下　的控制信号，关断ＩＰＭ，达到保护目的。　很容易叠加干扰信号，　（下转第２５页）　维普资讯 http://www.cqvip.com

２００７年第２期　移动电源与车辆　Ａｕｔｏｍａｔｅ　ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　ｍｏｒｅ　ｄｉｅｓｅｌ　ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ　ｓｅｔｓ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　ＣＨＥＮ　Ｈｏｎｇ－ｂｉｎ　（Ｆｕｄｉａｎ　甥Ｄｉｅｓｅｌ　Ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ　Ｓｅｔ　Ｃｏ，Ｌｔｄ，Ｇ　，ｌｇ　Ｐｒｏｖ．，Ｓｈｅｎｚｈｅｎ　５１８１２６，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ａｕｔｏｍａｔｅ　ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　ｍｏｒｅ　ｄｉｅｓｅｌ　ｇｅｎｅｒａｔｏｒ　ｓｅｔｓ　ｕｓｅ　ｏｆ　ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ（ＰＬＣ）．Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ａｎｄ　ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ｆｏｒ　ａｕｔｏｍａｔｅ　ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｎ　ｐｒａｃｔｉｃａｌｉｔｙ　ｐｒｏｊｅｃｔ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｄｉｅｓｅｌ　ｇｅｎｅｒａｔｏｒ　ｓｅｔ；ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ；ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　＿ｉ・｝＿｛・｝＿｛・｝＿｛・｝　・｝＿｛・｝＿｛・｝＿｛・｝＿｛・｝＿｛・｝＿｛・｝｛．｝＿｛・｝＿｛・｝＿｛・｝÷｝＿｛・｝　・｝÷｝｛．｝＿｛・｝｛．｝｛．｝＿｛・｝÷｝÷｝÷｝＿｛・｝÷｝＿｛・｝－｛・｝｛．｝÷｝＿｛・｝｛．｝＿｛・｝＿｛・｝＿｛・｝－；・｝＿｛・｝　・｝＿｛・｝＿｛・｝＿｛・｝＿｛・｝＿｛・｝　（上接第ｌｌ页）　致使同一桥臂的两个ＩＧＢＴ发生直通，导致模块损　坏。为此，我们设计了共态脉冲互锁电路，这样即使　有干扰，甚至由于某种原因，微处理器不能正常输　表１共态脉冲互锁电路功能表　输入信号　Ｐ　Ｍ１．１　ＰＷＭ２．１　・　输出信号　Ｐ僦　Ｐ　Ｍ１　低电平　高电平　低电平　高电平　低电平　低电平　高电平　高电平　低电平　高电平　低电平　低电平　低电平　低电平　高电平　低电平　出，也能保证同一桥臂的两个ＩＧＢＴ不能同时导通，　达到保护的目的。电路图如图５所示。　Ｉ：＇ＷｌＶｌｌ－－１　．　Ｕ４Ａ　（４）软件保护　ＩＰＭ输出的故障报警信号经光电隔离后经或门　送到微处理器的外部中断输入端，当有故障发生时，　微处理器运行中断子程序，将输出的ＰＷＭ全部置　为低电平，使得ＩＰＭ中的开关管全部处于关断状　态，从而达到保护目的。　图５共态脉冲互锁电路　上述电路设计方法均已得到实际验证，运行结　果表明，ＩＰＭ供电稳定，运行良好，保护电路可以可　靠保护功率器件，达到预期效果。　参考文献：　Ｍｉｓｕｂｉｓｈｉ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ，１９９８．　其功能表见表１。　’　通过功能表可知，当输人信号正常输人时，输出　信号也正常输出；当输入信号由于干扰或某种原因　均为高电平时，输出信号均为低电平，使得ＩＰＭ中　的两个ＩＧＢＴ均截至，避免了直通现象的发生，达到　保护ＩＰＭ的目的。　【１］　Ｍｉｓｕｂｉｓｈｉ　Ｉｎｔｅｌｉｇｅｎｔ　Ｐｏｗｅｒ　Ｍｏｄｕｌｅｓ　ＰＭ７５ＤＳＡ１２０【ｚ］．　【２］　王耀北．基于ＤＳＰ的４ｋＷ中频正弦逆变电源设计　【Ｄ］．军械工程学院硕士论文，２００５．　【３］徐晓峰，等．ＩＧＢＴ逆变器吸收电路的研究【Ｊ）．电力电　子技术，１９９８．　Ｄｒｉｖｉｎｇ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ａｎｄ　ｓａｆｅｇｕａｒｄ　ｏｆ　ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　ｐｏｗｅｒ　ｍｏｄｕｌｅ（ＩＰＭ）　ＣＨＥＮ　Ｙｏｎｇ－ｌｉ，ＹＡＮ　Ｙｉｎｇ－ｍｉｎ，ＺＨＡＯ　Ｘｉａ，ＬＩＵ　Ｃｈｕａｎｇ　一　（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃ　Ｅｎｇｉｅｅｎｒｉｎｇ　ｏｆ　Ｏｒｄａｎｅｅ　Ｅｎｇｉｅｅｎｉｒｎｇ　Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｈｅｂｅｉ　Ｐｒｏｖ．，Ｓ　∞　０５０００３，Ｃｈｉａ）ｎ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ｔｈｅ　ｄｒｉｖｉｎｇ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ａｎｄ　ｓａｆｅｇｕａｒｄ　ｏｆ　ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　ｐｏｗｅｒ　ｍｏｄｕｌｅ．Ｂｙ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｉｎｇｉｔ　ｗａｓ　，ｒｅｌｉａｂ１ｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ＩＰＭ；ｄｒｉｖｉｎｇ　ｃｉｃｕｉｒｔ；ｓａｆｅｇｕａｒｄ