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智能功率模塊
閱讀�8326時間�2011-01-17 09:42:00

  智能功率模塊IGBT為基礎,內部集成了邏�、控制、檢測和保護電路,與普通IGBT相比,在系統(tǒng)性能和可靠性上均有很大的提�,同時由�IPM通態(tài)損耗和開關損耗都比較�,使散熱�的尺寸減�,故整個系�(tǒng)的體積減小了很多,適應了功率器件的發(fā)展方�,從而應用領域越來越��

概述

  隨著電子技術的�(fā)�,功率半導體技術已�(jīng)成為�(xiàn)代電力電子技術的核心。以絕緣柵雙極型晶體�(IGBT)為代表的功率器件,在眾多工業(yè)控制領域得到越來越廣泛的應用。IGBT作為一種典型的雙極性MOS復合型功率器�,集MOSFET與GTR(大功率晶體管)的優(yōu)點于一�,既具有輸入阻抗�,開關速度�,熱�(wěn)定性好和驅動電路簡單的長處,又具有通態(tài)電壓�,耐壓高和承受電流大的�(yōu)點�

結構形式

  IPM是由高速低功耗的IGBT芯片和優(yōu)先的門級驅動及保護電路構成,如�1所�。根�(jù)內部功率電路配置的不�,IPM分為H�、D型、C型和R�4�。圖中,H型內部封�1個IGBT,D型內部封�2個IGBT,C型內部封�6個IGBT,R型內部封�7個IGBT�

圖1

內部機制

  IPM內部設有柵極驅動控制電路、故障檢測電路和各種保護電路,采用帶有電流傳感器的IGBT芯片,用以監(jiān)測IGBT的主電流。而內部故障保護電路主要用以檢測過流、過熱和欠壓等故�。圖2為IPM功能框圖�

圖2

保護功能

  智能功率模塊內置的驅動和保護電路使系�(tǒng)硬件電路簡單、可�,縮短了系統(tǒng)的開�(fā)周期,也提高了系�(tǒng)在故障情況下的自我保護能�。與普通的IGBT模塊相比,由于增加了保護電路,因而智能功率模塊在系統(tǒng)性能及可靠性方面都有很大的提高�

  智能功率模塊的保護功能包括控制電壓欠壓保�、過熱保護、過流保護和短路保護。如果智能功率模塊模塊中的一種保護電路產生動�,其內部的IGBT柵極驅動單元就會關斷門極電流并輸出一個故障信�(Fo)�

  (1)控制電壓欠壓保護(UV):智能功率模塊使用單一�15 V供電,若供電電壓低于12.5 V,且時間超過toff=10 ms,發(fā)生欠壓保護,封鎖門極驅動電�,輸出故障信號Fo。如�3所��

 

圖3

  (2)過熱保護(0T):在靠近IGBT芯片的絕緣基板上安裝了一個溫度傳感器,當智能功率模塊溫度傳感器測出其基板的溫度超過溫度值時,發(fā)生過熱保�,封鎖門極驅動電路,輸出故障信號Fo�

  (3)過流保護(0C):若流過IGBT的電流值超過過流動作電流,且時間超過toff,則�(fā)生過流保�,封鎖門極驅動電路,輸出故障信號Fo。為避免�(fā)生過大的電流變化率di/dt,大多數(shù)的智能功率模塊采用兩級關斷模式。如�4所��

  (4)短路保護(SC):若負載�(fā)生短路或控制系統(tǒng)故障導致短路,流過IGBT的電流值超過短路動作電流,則立刻發(fā)生短路保�,封鎖門極驅動電路,輸出故障信號。跟過流保護一�,為避免�(fā)生過大的電流變化率di/dt,大多數(shù)智能功率模塊采用兩級關斷模式。為縮短過流保護的電流檢測和故障動作問的響應時間,智能功率模塊內部使用實時電流控制電�(RTC),使響應時間小于100 ns,從而有效抑制了電流和功率峰�,提高了保護效果�

  當智能功率模塊發(fā)生UV、OC、OT、SC中任一種故障時,智能功率模塊將立即輸出故障信號Fo,該故障信號持續(xù)時間tFo�1.8 ms(SC持續(xù)時間會長一�),此時間內智能功率模塊會封鎖門極驅動,關斷智能功率模塊。當故障輸出信號持續(xù)時間結束�,智能功率模塊內部會自動復位,門極驅動通道重新開放�

  智能功率模塊器件自身產生的故障信號是非保持性的,如果在tFo結束后故障源仍然沒有被排除,則智能功率模塊就會重復自動保護的過程,反復動�。過�、短路、過熱保護動作都是非常惡劣的運行狀�,設計時應避免其反復動作,因此僅靠智能功率模塊內部保護電路還不能完全實現(xiàn)器件的自我保護。為了使系統(tǒng)真正安全、可靠地運行,通常需要設計輔助的外圍保護電路。同�,智能功率模塊對欠壓、過�、短路和過熱等故障發(fā)生時,均輸出同一個故障信號Fo因而主控系�(tǒng)無法判斷故障產生的具體原�,還需要更進一步的故障診斷技術�

圖4

維庫電子�,電子知�,一查百��

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