变频电源设计中IPM驱动和保护电路

    驱动电路是IPM主电路和控制电路之间的接口，良好的驱动电路设计对装置的运行效率、可靠性和安全性都有重要意义。    (1) IPM驱动电路。现以PM100DSA120为例进行介绍。PM100DSA120是一种D型的IPM，内部封装了两个ICBT，工作在1200V/100A以下，功率器件的开关频率最大为20kHz。由于IPM内置了驱动电路，与IGBT驱动电路设计相比，外围驱动电路的设计比较方便，只要能提供15V直流电压即可。但是IPM对驱动电路输出电压的要求很严格，具体为：    1)驱动电压范围为15V±10%，电压低于13.5V将发生欠压保护，电压高于16.5V将可能损坏内部部件。    2)驱动电压相互隔离，以避免地线噪声干扰。    3)驱动电源绝缘电压至少是IPM极间反向耐压值的两倍(2Uces)。    4)驱动电流可以参阅器件给出的20kHz驱动电流要求，根据实际的开关频率加以修正。    5)驱动电路输出端滤波电容不能太大，这是因为当寄生电容超过100pF时，噪声干扰将可能误触发内部驱动电路。    (2) IPM保护电路。完善的系统保护不能只依靠IPM的内部保护机制，需要辅助外围的保护电路，这可以通过硬件的方式实现，也可以通过软件的方式实现。    1) IPM保护电路的硬件电路的实现方式很多，列举两个例子说明。    方案一。PWM接口电路前置74HC245、74HC244等带控制端的三态收发器，如图5-6所示。IPM的控制信号经过74HC245的输入、74HC245的输出后送至IPM接口电路；各个IPM的故障输出信号经光耦隔离输出后得到高电平FO，送入或门，或门输出经过R-C低通滤波器后，送入74HC245的使能端OE。IPM正常工作时，或门输出为低电平，74HC245选通；IPM故障报警时，或门输出为高电平，74HC245所有输出置为高阻，封锁各个IPM的控制信号，关断IPM，实现了保护功能。
    图5-6    IPM外围保护电路    方案二。PWM接口电路前置一级带控制端的光耦，如6N137。方案二的原理与方案一类似，只是由于高电平使能控制光耦6N137，或门换成了或非门，其输出经过R-C低通滤波器后，送入了可控光耦6N137的光耦使能端VE，但同样在IPM故障报警时封锁IPM的控制信号通道，实现了保护功能。    需要注意的是，为缩短故障响应时间，R-C低通滤波器时间常数应该小。两级光耦延长了响应时间，应选用高速光耦。    以上两种方案都是利用IPM故障输出信号封锁IPM的控制信号通道，因而弥补了IPM自身保护的不足，有效地保护了器件。    2) IPM保护电路的软件实现。软件的基本思路是：IPM故障报警时，故障输出信号送到控制器处理，处理器确认后，利用软件关断IPM的控制信号，从而达到保护目的。    综上所述，软件保护不需增加硬件，简便易行，但可能受到软件设计和计算机故障的影响；硬件保护则反应迅速，工作可靠。实践应用中软件与硬件结合的保护方式能更好地提高系统的可靠性。