前言

    變頻技術自發展以來，隨著技術的進步，變頻器的功率器件也經歷了從scr, gto到igbt的發展歷程，控制方式也從最初的v/f控制，發展到矢量控制，直接轉矩控制。然而，電力變換技術的進步和電力變換器的廣泛應用也帶來了很多弊端，其產生的公害－電磁干擾以及諧波污染已成為世人關注的社會問題。而雙pwm變頻調速技術以其可以實現電機的四象限運行、能量轉換效率高、能量能雙向流動，尤其是能方便地實現電網側輸入功率因數近似為1，消除了諧波污染等特點已成為研究的一個熱點。

    雙pwm變頻器中整流及逆變部分均需要采用六個igbt開關管進行控制，如果采用單獨的igbt開關管再加上續流二極管，勢必會使得變頻器的體積增大，即加大了設計的復雜性又增加成本。而采用ipm智能模塊就可以很方便的節約成本和減少體積。文中所介紹的ipm智能模塊是富士公司型號為6mbp20rh060的ipm智能模塊，它內部具有低功耗、軟開關、高性能及擁有過熱保護的高可靠性igbt。內置有過電流保護、短路保護、控制電壓欠壓保護、過熱保護及外部輸出警報端口。用這樣的模塊作為雙pwm變頻器的功率器件，大大簡化了硬件電路的設計，縮小了電源體積，簡化了接線，大大縮短了開發周期，更主要的是，它提高了系統的安全性和可靠性。

    ipm智能模塊介紹

    結構原理

    ipm智能模塊6mbp20rh060的內部結構原理如圖1所示，其內部集成了六個帶續流二極管的igbt。從內部結構可以看出，上橋臂的三個igbt分別由各自的電源供電，分別有三組結構相同的輸入，每一組包括電源輸入端、驅動輸入端、接地端。下橋臂的三個igbt由同一個電源供電，電路有電源輸入端、三個驅動輸入端、接地端。alm管腳的作用是保護電路動作時下橋臂警報輸出，6mbp20rh060型號不具備上橋臂橋臂警報輸出，只有下橋臂橋臂警報輸出。 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，具體設計將在下文中給出。

    圖1 ipm智能模塊6mbp20rh060的內部結構圖

    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模塊就可以達到設計的要求。

    保護功能

    (1)過電流保護。檢測連接在直流n母線上的電流檢測分流電阻r(見圖1中)的兩端電壓來進行過電流保護。在約5ms期間內連續超過過電流保護標準，則會軟關斷igbt。并且裝有檢測濾波器，可以防止因瞬間過電流及噪音而導致的誤動作。

    (2)短路保護功能。在短路保護動作時，全部短路保護連動，來抑制負載短路及橋臂短路時的峰值電流。

    (3)控制電源電壓下降保護功能。控制電源電壓在約5ms期間內連續低于控制電源電壓不足保護電壓時，該功能會軟關斷igbt。約過2ms后，控制電源電壓恢復后，如果輸入信號為off，則警報解除。

    (4)外殼溫度過熱保護功能。該保護功能通過與功率芯片安裝在同一陶瓷基板上的溫度檢測元件來檢測絕緣基板溫度，當檢測溫度連續超過保護標準約1ms以上時，會軟關斷igbt。

    (5)芯片溫度過熱保護功能。該功能將通過在全部igbt芯片上的溫度檢測元件來檢測igbt芯片溫度，當檢測溫度連續超過保護標準約1ms以上時，會軟關斷igbt。

    (6)警報輸出功能。保護功能動作時，警報輸出端子相對各基準電位gnd導通，有能力以放開集電極輸出，直接驅動光耦器，內置1.5kω的串聯電阻。保護功能動作時，警報信號輸出約持續2ms，當警報原因消除時，再經過2ms以上，而且輸入信號為off的話，則警報解除。下橋臂各驅動電路的警報端子相互連接，所以任何一個igbt一旦輸出警報，則包括制動電路在內的下橋臂全部igbt停止。

    圖2 基于ipm的雙pwm變頻調速系統框圖

    圖3 ipm驅動的典型電路

    圖4 ipm故障輸出典型電路

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