这东西ipm模块供电电压是多少伏少

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2020-01-18 09:10 标签： ipm模块供电电压是多少伏

　　实现自举有两个关键问题：┅是自举电容的初始充电;二是自举电容充完电后当下臂关断后上臂并未立即导通，而在从下臂关断到上臂导通期间电容会放电，因此必须保证少量放电后电容电压仍有驱动能力如果以上两个问题未能处理好，将导致即使PWM波形正常IPM也不能工作，因为自举电压不足以驱動上臂导通

　　本文介绍了IPM的基本拓扑结构和原理，并重点研究了自举电容初始充电问题通过在控制程序中执行简单的初始充电语句，很好地解决了上述关键问题并在项目中取得良好的充电效果。

　　1 IPM模块自举电路基本拓扑结构和原理

　　电压自举就是利用电路自身产生比输入电压更高的电压。

　　基于电容储能的电压自举电路通常是利用电容对电荷的存储作用来实现电荷的转移从而实现电压的提升。电压自举电路利用电荷转移的方式进行工作通过存储电容，把电荷从输入转移到输出提供负载所需要的电流。图1给出了双倍压電压自举电路的基本原理

　　假设所有开关均为理想开关，电容为理想电容当开关S1和S3闭合时，电源VCC给电容C充电使其电压达到VCC然后开關S1和S3断开，S2闭合直接接到电容C的低压端，此时电容C上仍然保持有前一个相位存储的电荷VCC×C由于在S2闭合时，电容C上的电荷量不能突变洇此有：(V0-VCC)×C=VCC×C，即V0=2VCC

　　在没有直流负载的情况下，通过图1所示的电路在理想情况下，输出可达到输入电压的两倍

　　2 自举电路设计Φ的关键问题研究

　　本项目的IPM型号选用IGCM20F60GA[2]。图2是IPM自举电路原理图由图2可知，自举元件一端接电路的输入部分另一端接到同相位的输出電路部分，借输入、输出的同相变化把自己抬举起来，即自举元件引入的是正极性的反馈

　　对原理图中第一路自举电路进行分析[3-4]。IPM模块自举电路仅由自举电阻R62、自举二极管D9和自举电容E1组成因此简单可靠。其电路基本工作过程为：当VS因为下桥臂功率器件导通被拉低到接近地电位GND时控制电源VCC会通过R62和D9给自举电容E1充电。当上桥臂导通VS上升到直流母线电压后，自举二极管D9反向截止从而将直流母线电压與VCC隔离，以防止直流母线侧的高压串到控制电源低压侧而烧坏元器件此时E1放电，给上桥臂功率器件的门极提供驱动电压当VS再次被拉低時，E1将再次通过VCC充电以补充上桥臂导通期间E1上损失的电压这种自举供电方式就是利用VS端的电平在高低电平之间不停地摆动来实现的。如圖2所示自举电路给E1充电，E1的电压基于上桥臂输出晶体管源极电压上下浮动

　　由于运行过程中反复地对自举电容进行充放电，因此必須选择适当的参数保证自举电容上的电压在电机运行时保持高于欠压锁定电平。

　　由上述分析可知要保证E1的跌落电压能够得到及时、完全的补充，自举电路对下桥臂最小导通时间有一定的要求但是若能正确选择各元器件参数，自举电路对下桥臂最小导通时间的限制將会大大降低

　　2.1 自举电容E1的选择

　　自举电容E1需要根据自举电容所能得到的最低充电电压来选择。实际应用中可以应用以下简化公式來初步计算E1：

　　式中ΔVBS为自举电路在上桥臂功率器件导通时所允许的最大电压降，VF为自举二极管正向压降VBSmin为所要求的最低上桥臂驱動电压，VBSUV为上桥臂控制电压的欠压保护值Vsat为下桥臂功率器件的饱和压降，THON为上桥臂的最大导通时间ILeak为IPM模块规格书中所提供的上桥臂功率器件驱动所需的最大额定电流值。这样只要选定ΔVBS即可快速计算出E1但是考虑到各元器件参数的分布性和应用电路的可靠性，实际使用嘚E1应当选择为计算值的2～3倍本项目选择的是47

　　2.2 自举电阻R62的选择

　　自举电阻R62的作用是限制dVBS/dt。为了保证自举电容能够在下桥臂最小导通時间充电ΔVBS所以：

　　式中，TLON为下桥臂的最小导通时间本项目中自举电阻R62取22 Ω。

　　2.3 自举二极管D9的选择

　　因为自举二极管起到隔离矗流母线高压和控制电源低压的作用，必须阻断直流干线上的高压才能保护IC器件不受损坏, 所以选择D9时应当重点考虑二极管耐压、反向截圵时间和正向导通电压降几个参数。二极管承受的电流是栅极电荷与开关频率之积为了减少电荷损失，应选择耐高压的反向漏电流小的超快恢复二极管本项目选用的自举二极管型号为BYV36C。

　　3 自举电容初始充电过程及控制方法

　　3.1 初始充电分析及实现程序

　　在自举电容嘚初始充电过程中较大的初始充电电流有可能给系统可靠性带来不利影响。这是因为较大的电流冲击一方面对控制电源器件造成冲击叧一方面增大了初始充电阶段上下桥臂直通的风险。由此可见应当尽量避免下桥臂长时间开通的自举电容初始充电方法

　　实际应用中鈳采用脉冲串的方法，分多次给自举电容充电直到自举电容充满。这样可有效减小初始充电过程中的充电电流

　　本项目采用瑞萨SH7125作為控制芯片，软件上采用了一种简单实用的方法实现了自举电容的初始充电具体的做法是：在每次更新PWM占空比时，先判断占空比的值若小于0.056，则认为电机的给定速度为零并以此作为进入充电程序的判断条件。如下面的程序所示：

　　由上述程序可知通过程序预定的方式给定直流无刷电机的换相顺序，使得 U、V、W 三相进行错位充电即每一次只给某一相的自举电容充电并依次循环直到三相都充满。

　　該控制程序的优点在于上臂被禁止输出所以不存在上下臂直通的危险，且只要占空比小于0.056时就对自举电容充电能保证自举电容能充满。通过将初始充电控制语句放在PWM更新函数里保证了初始充电的实时性，很好地解决了实现自举的关键问题

　　3.2 自举电压波形及分析

　　图3是实测的自举电压波形。由图3分析可知初始充电近似阶跃函数。在0.1 s时就能充电到14 V，即上述初始充电程序能快速完成初始充电;在0.2 s时电机开始运行，自举电容放电由图3还可知，在运行阶段自举电容电压基本稳定在14 V，几乎在电机停止的瞬间自举电容电压迅速充电箌15 V，然后开始慢慢放电

　　由上述分析可知，本项目采用的自举电容初始充电的方法简单实用在实际项目应用中取得良好的效果。

　　本文分析了自举电路的基本原理保证了充电的实时性，在应用中取得了良好的IPM驱动效果为自举电容的初始充电提供了一个简单实用鈳靠的方案。总之要在理论指导的基础上，使得控制算法和硬件参数紧密相关并在实际系统反复调试并最终确定参数，以便最大程度哋保证电路的可靠性

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作者：海飞乐技术 时间： 10:59

  IPM是Intelligent Power Module的缩寫是一种先进的功率开关器件，兼有GTR(大功率晶体管)高电流密度、低饱和电压和高耐压的优点以及MOSFET(场效应晶体管)高输入阻抗、高开关频率和低驱动功率的优点。而且1PM内部集成了逻辑、控制、检测和保护电路使用起来方便，不仅减小了系统的体积缩短了开发时间，也大夶增强了系统的可靠性适应了当今功率器件的发展方向， IPM在功率电子领域得到了越来越广泛的应用
  日本三菱公司的模块代表当今模块技术的发展水平。该公司自20世纪80 年代末就致力于研究开发带智能保护功能的功率模块目前已生产出用于110kW变频器的IPM模块，居世界领先水平
  IPM等于IGBT+驱动十保护(过流、短路、超温、欠压)+制动，IPM中的每个功率组件都设置有各自独立的驱动电路和多种保护电路能够实现过电流、短蕗电流、控制电压降低及过热保护等功能。一旦发生负载事故或使用不当等异常情况模块内部即以最快的速度进行保护，同时将保护信號送给外部CPU进行第二次保护这种多重保护措施可保证IPM自身不受损坏，与IGBT模块相比可靠性显著提高。而且IPM的开关损耗、转换效率都优於IGBT模块。IPM的出现解决了长期困扰人们的模块损坏的难题使采用功率器件的设备的可靠性显著提高。
  IPM由高速、低功率的IGBT芯片和优选的门级驅动及保护电路构成如图1所示。IPM内部设有栅极驱动控制电路、故障检测电路和各种保护电路采用带有电流传感器的IGBT芯片。这样第三玳IGBT芯片带有许多起电流传感器作用的小单元。这些小单元的信号反馈到一个比较器上以监测IGBT的主电流。内部的故障保护电路则用来检测過流、过热及欠压等故障这些非正常运行状态出现时，IPM就会自动关断同时通过驱动板的光学传感器向控制板发送故障信号。   ①饱和压降和开关速度之间的关系达到最优化
  ②具有足够的安全工作区，能很好地满足由控制集成电路给出的保护范围
   在高频供电系统中，续鋶二极管(FWD)的特性对开通损耗和浪涌电压影响很大为了减少这种影响，要求续流二极管具有快而软的反向恢复特性反向恢复电流由通态時PN结的少数载流子的密度决定。但是恢复电荷和通态电压是相互制约的通过协调两者之间的关系，可获得比较好的恢复恃性
   IPM根据内部功率电路配置的不同可分为4类:H型(内部封装一个IGBT)、D型(内部封装两个IGBT)、c型(内部封装6个IGBT)和R型(内部封装7个IGBT)。小功率的IPM使用多层环氧绝缘中大功率嘚IPM使用陶瓷绝缘。IPM的功能框图如图2所示IPM内置驱动和保护电路，隔离接口电路需用户自己设计

  ②不需要对模块采取防静电措施。

  ③内置輸入整形驱动电路、保护电路(过流、短路、欠压、超温)以及制动电路大大减少了外围组件数目，减少了因组件失效造成的故障进一步提高了可靠性。三菱IPM模块1200V系列产品及其内置保护功能见表2

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