智能功率模塊在VVVF變頻器設計中的選用

一,、前言

智能功率模塊（IPM）是*的混合集成功率器件，由高速,、低功耗的IGBT芯片和優(yōu)化的門極驅動及保護電路構成,。由于采用了能連續(xù)監(jiān)測功率器件電流的，有電流傳感功能的IGBT芯片,，從而實現(xiàn)高速的過流保護和短路保護,。IPM集成了過熱和欠壓鎖定保護電路，系統(tǒng)的可靠性得到進一步提高,。

VVVF（可變壓可變頻）變頻器是IPM主要的應用,。本文從IPM的特點出發(fā)，討論了在設計VVVF變頻器時,，IPM的選用問題,。

二、智能化晶體管模塊

日本三菱電機公司的IPM有四種電路形式,，單管封裝（H）,、雙管封裝（D）、六合一封裝（C）,、七合一封裝（R）,，如圖1所示。其中C型和R型是專為變頻器使用設計的。

圖1　三菱IPM的封裝

IPM有精良的內置保護電路以避免因系統(tǒng)失靈或過應力而使功率器件損壞,，所設置的故障檢測和速斷裝置允許在不犧牲可靠性的條件下，最大限度地利用功率元件的容量,。內置保護功能的框圖如圖2所示：

注：V₁,、I、FO,、C為控制端子：C,、E為主端子

圖2　IPM的保護功能框圖

如果IPM模塊其中一種保護電路動作，IGBT柵極驅動單元就會關斷電流,，并輸出一個故障信號（FO）,。

IPM的主要優(yōu)點在于：

1、由于IPM集成了驅動和保護電路,，使用戶產品的設計變得相當容易,，縮短了產品上市的時間。

2,、自動化的IPM組裝和測試手段提高了系統(tǒng)的可靠性,，其他還包括減少所需采購、存儲和組裝的元件數(shù)等優(yōu)點,。

3,、由于IPM通態(tài)損耗和開關損耗都比較低，使得散熱器減少,，因而系統(tǒng)尺寸也減少,。

4、所有的IPM都采用同樣的標準化與邏輯電平控制電路相聯(lián)的柵控接口,，在產品系列擴充時無須另行設計驅動電路,。

5、IPM在故障情況下的自保護能力,，減低了器件在開發(fā)和使用中過載情況下的損壞機會,。

三、IPM的選用

IPM在選用時,，首先是根據(jù)變頻裝置的容量（電動機的額定功率）,，同時也要考慮供電電源容量，確定其額定值和最大值,，然后選擇具體型號,。選型時，有兩個主要方面需要權衡,。根據(jù)IPM的過流動作數(shù)值以確定峰值電流及適當?shù)臒嵩O計以保證結溫峰值永遠小于最大結溫額定值,，使基板的溫度永遠低于過熱動作數(shù)值。

峰值電流依電機的功率額定值而定,。下表是根據(jù)OC動作數(shù)值和電機峰值電流而給出的交流220V電機推薦使用的IPM類型,。電機峰值電流是基于變頻器和電機工作的效率,、功率因數(shù)、最大負載和電流脈動而設定的,。電機電流最大峰值可由下式計算：

式中：P＝電機功率（W）,；O_L＝變頻器最大過載系數(shù)；λ＝電流脈動因數(shù),；η＝變頻器的效率,；φ_F＝功率因數(shù)；V_AC＝交流線電壓（V）,。

交流220V電機額定值對OC保護設置的要求表

例如：電源V_AC＝220V交流,，電機P＝3.7kW,O_L＝150%,λ＝120%,η＝0.9,φ_F＝0.76,則Ic（峰值）＝36.1A。

依據(jù)上表的推薦型號PM50RSA060規(guī)定的最小OC動作數(shù)值是65A,，所以這個型號能夠滿足第一個要求,，選定后，還需通過適當?shù)臒嵩O計來滿足其熱要求,。在具體的應用中,，應針對器件手冊中給定的參數(shù)如：最大額定值，特性參數(shù)（電氣特性,，熱特性,，機械特性）以及推薦的工作條件進行系統(tǒng)設計。

四,、結論

IPM集成了驅動和保護電路,，給用戶產品的設計和開發(fā)帶來了很大的便利，VVVF變頻器是其典型的應用場合,。在選用IPM時,，要根據(jù)IPM過流動作數(shù)值來確定其峰值電流。