智能功率模塊IPM的主要特點及內部結構原理

IPM是一種混合集成電路，它將大功率開關元件和驅動電路、保護電路、檢測電路等集成在同一個模塊內，這種功率集成電路特別適應逆變器高頻化發(fā)展方向的需要。其產品外形及內部結構如圖1-15所示。

圖1-15 智能功率模塊及內部結構

目前，IPM一般以IGBT為基本功率開關元件，構成單相或三相逆變器的專用功能模塊，在中小容量變頻器中廣泛應用。

除了在工業(yè)變頻器中被大量采用后，經濟型的IPM在近年來也開始在一些民用產品如家用空調變頻器、冰箱變頻器、洗衣機變頻器中得到應用。

變頻器常用智能功率模塊IPM的主要特點及內部結構原理

智能功率模塊將功率開關和驅動電路集成在一起，而且還設有過電壓、過電流、過熱等故障檢測電路，并將檢測信號送給CPU。它具有體積小、功能多、功耗小、使用方便等優(yōu)點，被廣泛應用于通用變頻器之中。

IPM是將主開關器件、續(xù)流二極管、驅動電路、過電流保護電路、過熱保護電路和短路保護電路以及驅動電源不足保護電路、接口電路等集成在同一封裝內，形成的高度集成的智能功率集成電路。

IPM的主要特點

1.驅動電路

在IPM內部設置了高性能的驅動電路，具有出現故障后自動軟關斷IGBT的功能，同時，由于結構緊湊，驅動電路與IGBT之間距離極短，抗干擾能力強，輸出阻抗又很低，不需要加反偏電壓，簡化了驅動電路電源，僅需提供1組下橋臂的公共電源和3組上橋臂的獨立“浮地”電源。

2.欠電壓保護

每個驅動電路都具有欠電壓（UV）保護功能。無論什么原因，只要驅動電路電源電壓Ucc低于欠電壓閥值Uuv時間超過10ms，IPM就會關斷，同時輸出一個故障報警信號。

3.過熱保護

IPM內部絕緣基板上設有溫度傳感器，當溫度超過過熱斷開閥值時，IPM內部的保護電路就會阻止門極驅動信號，不接受控制輸入信號，直至過熱現象消失，保護器件不受損壞，同時輸出過熱故障信號。當溫度下降到過熱復位閥值時，電路自動恢復正常工作。

4.過電流、短路保護

IPM中的IGBT電流傳感器是射極分流式，采樣電阻上流過的電流很小，但與流過開關器件上的電流成正比例關系，從而取代了大功率電阻、電流互感器、霍爾電流傳感器等電流監(jiān)測組件。如果IPM中任意一IGBT的C極電流大于過電流動作電流10μs時，IPM將軟關斷，并且輸出過電流報警信號。

5.制動電路

IPM中設有IGBT組成的制動電路。當IPM接收到制動信號后，制動電路中的IGBT導通，接在制動端BN的制動電阻吸收電能，制動電路工作。

6.使用方便

IPM采用陶瓷絕緣結構，直接安裝在絕緣板上。直流輸入（P、N）、制動單元輸出（B）和變頻器輸出端子直接用螺釘連接；輸入、輸出控制端子并排成一列，可用通用插座連接。所以主接線端子和控制端接線端子都可以直接拆卸，不需要烙鐵焊接，非常方便。

IPM內部的基本結構和原理

1.IPM內部基本結構原理

智能功率模塊IPM的主要特點及內部結構原理

圖一 IPM內部的基本結構原理圖

如圖一所示：圖中UV為欠壓保護單元、OC為過電流保護單元、SC為短路保護單元、OT為過熱保護單元，這些保護單元的輸出信號作為或門輸入信號。4種保護單元中只要有一種保護單元發(fā)生故障，IPM就會輸出故障信號。圖中Drive為驅動放大單元，從圖中可以看出驅動放大單元一方面將接收到的控制信號進行放大輸出，驅動IGBT控制極；同時，可以接收任一故障保護電路的信號，一旦接收到故障保護電路的信號，便輸出軟關斷驅動信號去軟關斷IGBT，使IGBT受到保護。

2.IPM內部結構原理

智能功率模塊IPM的主要特點及內部結構原理

圖二 IPM內部結構原理圖

由圖二可見IGBT1~IGBT6組成逆變橋，VDF1~VDF6分別為6個IGBT的續(xù)流二極管。其中IGBT1~IGBT3為上橋臂開關器件，由3個單獨“”浮地直流電源給3組控制電路供電；IGBT4~IGBT6為下橋臂開關器件，3組控制電路由一組直流電源供電；IGBT7為制動電路開關器件，VDW是它的續(xù)流二極管，內部具有門極驅動控制、故障檢測和多種保護電路。內部故障保護電路若檢測到過電流、欠電壓、過熱和短路故障中的任一故障，IPM就會自行軟關斷，同時送出故障報警信號。