变频器中的智能功率模块IPM简介

    智能功率模块IPM (Intelligent Power Module)不仅把功率开关器件和驱动电路集成在一起，而且还内藏有过电压、过电流和过热等故障检测电路，并可将检测信号送到CPU。它由高速低工耗的管芯和优化的门级驱动电路以及快速保护电路构成。即使发生负载事故或使用不当，也可以IPM自身不受损坏。IPM一般使用IGBT作为功率开关元件，并内藏电流传感器及驱动电路的集成结构，IPM以其高可靠性，使用方便赢得越来越大的市场，尤其适合于驱动电机的变频器和各种逆变电源，是变频调速、冶金机械、电力牵引、伺服进给、变频家电的一种非常理想的电力电子器件。图2-19给出了IPM的等效电路。    IPM具有以下的优点：    (1)开关速度快。IPM内的IGBT芯片都选用高速型，而且驱动电路紧靠IGBT芯片，驱动延时小，所以IPM开关速度快，损耗小。    (2)低功耗。IPM内部的IGBT导通压降低，开关速度快，故IPM功耗小。    (3)快速的过流保护。IPM实时检测IGBT电流，当发生严重过载或直接短路时，IGBT将被软关断，同时送出一个故障信号。    (4)过热保护。在靠近IGBT的绝缘基板上安装了一个温度传感器，当基板过热时，IPM内部控制电路将截止栅极驱动，不响应输入控制信号。    (5)桥臂对管互锁。在串联的桥臂上，上下桥臂的驱动信号互锁。有效防止上下臂同时导通。    (6)抗干扰能力强。优化的门级驱动与IGBT集成，布局合理，无外部驱动线。    (7)驱动电源欠压保护。当低于驱动控制电源(一般为15V)就会造成驱动能力不够，增加导通损坏。IPM自动检测驱动电源，当低于一定值超过10μs时，将截止驱动信号。    (8) IPM内藏相关的外围电路。这样可以缩短开发时间，加快产品上市。    (9)无须采取防静电措施。    (10)大大减少了元件数目，体积相应小。    IPM功放部分采用带电流检测的IGBT模块，可以检测电流异常，以进行保护，不要另加检测器CT，降低了成本。如图2-19所示，IPM的每一个IGBT单元都设置有独立的驱动电路和多种保护，能够实现过流、过压、欠压及过热保护功能。只要保护电路工作，即使有控制信号输入，IPM的驱动模块都被关断，并向CPU反馈错误信号，且必须重新复位方可工作。
    图2-19    单元IPM原理图    正是由于上述优点，IPM很受用户欢迎，目前市场上出现的IPM模块有四种封装形式：单管封装，双管封装，六管封装和七管封装。图2-20是将六个开关器件封装在一起的IPM等效电路。许多厂家都正在为提高IPM的额定电流值而努力，因此，有理由相信，随着电力半导体技术的发展，大容量的IPM必将不断出现并得到广泛应用。
    图2-20    IPM与ASTPM外观图