1 引言

隨著電力電子技術(shù)、計算機技術(shù)和超大規(guī)模集成電路技術(shù)的快速發(fā)展，變頻調(diào)速系統(tǒng)趨向數(shù)字化和高集成度方向發(fā)展。傳統(tǒng)的分立元器件逐漸被高可靠性的集成元器件所代替：一方面可以減少設(shè)計電路的元器件的數(shù)量，提高設(shè)計效率和縮短開發(fā)周期，另一方面，可以大大提高系統(tǒng)的可靠性。因此，集成元器件的應(yīng)用越來越廣泛。在變頻調(diào)速系統(tǒng)如工業(yè)洗衣機，變頻家電等控制系統(tǒng)中，功率驅(qū)動器件是必不可少的，智能功率模塊(ipm)就是一個典型的高度集成的功率驅(qū)動器件，由于其體積小、集成功能多、成本低、可靠性高和使用方便等諸多優(yōu)點，在中、小功率交流變頻調(diào)速器中已大量使用。本文對單電源ipm模塊在變頻調(diào)速控制器中的應(yīng)用進行詳細的闡述，并結(jié)合具體的應(yīng)用系統(tǒng)給出其典型應(yīng)用。

2 單電源ipm模塊結(jié)構(gòu)和工作原理

2.1 ipm模塊的一般特點

ipm模塊作為功率集成電路產(chǎn)品， 它使用表面貼裝技術(shù)將三相橋臂的六個igbt及其驅(qū)動電路、保護電路集成在一個模塊內(nèi)，除了具有驅(qū)動功能外， 還具有很多保護功能，與傳統(tǒng)分立igbt或模塊相比，其具有體積小、功能多、可靠性高、價格便宜等優(yōu)點。ipm模塊一般具有以下特點：

(1) 內(nèi)含驅(qū)動電路;

(2) 內(nèi)含過電流保護(oc)、短路保護(sc);

(3) 內(nèi)含驅(qū)動電源欠壓保護(uv);

(4) 內(nèi)含過熱保護(oh)，過熱保護是防止igbt、續(xù)流二極管(frd)過熱的保護功能;

(5)內(nèi)含報警輸出(alm)，alm是向外部輸出故障報警的一種功能，當oh及下橋臂oc、uv保護動作時，通過向控制ipm的微機輸出異常信號，能即時停止系統(tǒng)。對于具體不同型號的ipm，其內(nèi)部所集成的功能可能有所差異。

2.2 單電源ipm模塊的結(jié)構(gòu)和工作原理

ipm模塊正常工作時，需要提供驅(qū)動電源?，F(xiàn)在普遍使用的ipm模塊一般需要提供四路獨立的電源，目的是防止其內(nèi)部上、下橋臂發(fā)生直通短路現(xiàn)象，但隨著功率器件集成技術(shù)發(fā)展，一些生產(chǎn)廠家，如日本三菱，日本東芝，美國仙童等，采用自舉電源技術(shù)，推出單電源ipm模塊，使得只需給ipm提供一路驅(qū)動電源，這為實現(xiàn)變頻調(diào)速系統(tǒng)共地提供了可能。單電源dip-ipmps21255-e的內(nèi)部電路如圖1所示。

單電源ipm模塊的結(jié)構(gòu)原理圖

在圖1中，hvic1～hvic3驅(qū)動三相橋臂的上管，lvic驅(qū)動三相橋臂的下管。其中，hvic1～hvic3中集成了輸入pwm信號整形電路、電平移位電路、欠壓保護電路、igbt驅(qū)動電路，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

hvic內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖