三菱IPM智能功率模块选型实例

三菱IPM智能功率模块选型实例

作者：微叶科技 时间：2015-07-02 17:35

      在选用IPM首先是根据变频电源的容量t负载的额定功率，，同时也要考虑供电电源容量，确定其额定值和最大值，然后选择IPM的具体型号。选型时，应根据 IPM的过流动作数值，确定峰值电流及适当的热设计，以保证IPM内的IGBT结温峰值永远小于最大结温额定值，使基板的温度永远低于过热动作数值。
      峰值电流依负载的功率额定值而定，表1是根据 OC动作数值和负载峰值电流而给出的交流220V感性负载时推荐使用的IPM类型。负载峰值电流是基于变频电源和负载工作的效率、功率因数、最大负载和电流脉动而设定的。负载电流最大峰值可由下式计算：

       式中，P为负载功率(W)；QL为变频电源最大过载系数；λ为电流脉动因数；η为变频电源的效率；φF为功率因数；VAC为交流线电压(V)。
表1 交流 220Y 电机额定值对OC保护设置的要求数据

负载的额定功率/kW	IC（峰值）/A	可用的IPM型号	最小OC动作数值/A
0.4	6.4	PM10CSJ060	12
0.75	10.7	PM15 CSJ060	18
1.5	17.0	PM20CSJ060	28
2.2	23.3	PM30CSJ060或RSF	39
3.7	36	PM50RSA060或 RSK	65
5.5	51	PM75RSA060	115
7.5	70	PM75 RSA060	115
11	98	PM100CSA060或 RSA	158
15	129	PM150CSA060或 RSA	210
18.5	161	PM150CSA060或 RSA	210
22	191	PM200CSA060或 3XDSA	310
30	244	PM300DSA060 x 3	390
37	308	PM400DSA060 x 3	500
45	371	PM400DSA060 x 3	500
55	456	PM600DSA060 x 3	740

       例如，电源VAC =220V交流，负载P=3. 7kW，QL= 150%，λ=120%，η=0.9，φF=0.76，则ICF（峰值）=36.1A。
依据表1推荐的型号PM50RSA060所规定的最小OC动作数值是65A，所以这个型号能够满足第一个要求，选定后，还需通过适当的热设计来满足其热要求。在具体的应用中，应针对器件手册中给定的参数如：最大额定值，特性参数（电气特性，热特性，机械特性）以及推荐的工作条件进行系统设计。
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。PM100DSA120是一种D型IPM，内部封装了两个IGBT，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简单，只要能提供15V直流电五即可。但是IPM对驱动电路输出电压的要求很严格，具体为
（1）驱动电压的范围为15V±10%，电压低于13. 5V将发生欠电压保护，电压高于6. SV将可能损坏内部部件。
（2）)驱动电压应相互隔离，以避免地线噪声干扰。
（3）)驱动电源的绝缘电压至少是IPM极间反向耐压值的两倍(2Vces)。
（4）驱动电流可以参阅功率器件给出的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。
完善的系统保护不能只依靠IPM的内部保护机制，需要设计辅助外围保护电路，这可以通过硬件的方式实现，也可以通过软件的方式实现。IPM保护电路的硬件电路如图1所示。

图1  IPM外围保护电路

       在图1所示电路中，在PWM接口电路前设置有74HC24E 等带控制端的三态收发器，IPM的控制信号经过74HC24E的输入、74HC24E的输出后送至IPM接口电路；各个IPM的故障输出信号经光耦合器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74HC24E的使能端OE。IPM 正 常工作时，或门输出为低电平，74HC24E选通。IPM 故障报警时，或门输出为高电平，将74HC245所有输出置为高阻，封锁各个IPM的控制信号，使IPM 关断，实现了保护功能。
       在图1所示电路PWM接口电路前若设置一级带控制端的光耦合器，如6N137，其保护原理与采用74HC24E类似，只是由于高电平使能控制光耦合器 6N13’7，或门换成了或非门，其输出经过RC 低通滤波器后，送人了可控光耦合器 6Nl37的使能端UE，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。两级光电耦合器延长了故障响应时间，应选用高速光耦合器。
       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。IPM保护电路的软件实现方法的基本思路是：IPM 故的控制信号，从而达到保护目的。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。在实际应用中软件与硬件结合的保护方式能更有效地提高系统的可靠性。



相关阅读：三菱IGBT模块选型指导
                 




上一篇：电磁炉IGBT电路详解
下一篇：低功率IGBT在电磁炉中应用实例