有源滤波器装置中智能功率模块的关键电路设计和应用.pdf

中国电工技术学会电力电子学会第十届学术年会论文集 有源滤波器装置中智能功率模块的关键电路设计和应用 袁涛，郑建勇，梅军，曾伟，康静 （东南大学 电气工程系，江苏 南京 210096） 摘 要 本文介绍了 IPM 智能功率模块的基本情况和功能特点，讨论了使用智能功率模块中的电路设计，包括驱动电路 部分，缓冲吸收电路部分以及保护电路部分。结合有源滤波器装置，分析了智能功率模块在有源滤波器装置中的应用。 关键词 智能功率模块；电路设计；有源滤波器 1． 引言 短路保护 （SC）及控制电源欠压保护 （UV ）。如果 IPM 随着微电子技术的发展，功率半导体器件都朝着 模块中有一种保护电路动作，IGBT 栅极驱动单元就会 容量越来越大，频率越来越高的方向发展。在大功率 关断门极电流并输出一个故障信号（FO ）。 电力电子器件应用中，IGBT 已取代GTR 或 MOSFET 成为主流。IGBT 的优点在于输入阻抗高、开关损耗小、 饱和压降低、通断速度快、热稳定性能好、耐高压且 承受大电流、驱动电路简单[1]。由 IGBT 单元构成的 智能功率模块（IPM ）具有高集成度，小体积的特点， 其内部不仅封装了门极驱动控制电路，而且还有故障 检测电路和各种保护电路，如过热保护、过流保护、 短路保护及控制电源欠压保护。 图 1 IPM 的内部功能框图 IPM 以其完善的功能和高可靠性创造了很好的应 用条件，利用 IPM 的控制功能，与微处理器相结合， 可方便地构成智能功率控制系统。用智能功率模块 3．IPM 智能功率模块关键电路设计 (IPM)取代传统功率器件研究有源电力滤波器(APF)装 IPM 智能功率模块电路设计主要包括驱动电路部 置的工程应用成为一种趋势，使用其可以简化装置的 分，缓冲吸收电路部分以及保护电路部分。下面分别 主电路，提高系统的可靠性。本文研究了使用智能功 对这三部分的设计方法和需要注意的问题进行说明。 率模块(IPM)中的电路设计，并分析了 IPM 在有源滤 波器装置中的应用。 3.1 驱动电路部分 驱动电路是 IPM 主电路和控制电路之间的接口， 2． IPM 智能功率模块特点 良好的驱动电路设计对装置的运行效率，可靠性和安 IPM 由高速、低功率的 IGBT 芯片和优选的门级 全 性 都 有 重 要 意 义 。 以 PM75RSE120 为 例 ， 驱动及保护电路构成，因此具有开关速度快，功耗低 PM75RSE120 是一种 R 型的 IPM，内部封装了 7 个 的特点。IPM 内置的驱动和保护电路使系统硬件简单、 IGBT ，工作在 1200V/75A 以下，功率器件的开关频率 可靠，缩短了系统开发时间，也提高了故障下的自保 最大为 20kHz 。由于 IPM 内置了驱动电路，和 IGBT 护能力[2]。模块中的每个 IGBT 的驱动电路设计了最 驱动电路设计相比，外围驱动电路的设计比较方便， 佳的驱动条件。与普通的 IGBT 模块相比，IPM 在系 重点在于驱动电源和光耦接口电路的设计。 统性能及可靠性方面都有进一步的提高。 IPM 对驱动电路的输出电压要求很严格，具体 IPM 的内部功能框图如图 1 所示，IPM 可以实现 为：（1）驱动电压的范围为 15V±10％，电压低于 13.5V 各种保护电路，如过热保护（OH ）、过流保护（OC ）、 将发生欠压保护，电压高于 16.5V 将可能损坏内部部