您好, 歡迎來到化工儀器網(wǎng)
智能功率模塊在VVVF變頻器設(shè)計中的選用
智能功率模塊在VVVF變頻器設(shè)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(qū)動及保護電路構(gòu)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(yīng)用。本文從IPM的特點出發(fā)，討論了在設(shè)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(shè)計的。
圖1 三菱IPM的封裝
IPM有精良的內(nèi)置保護電路以避免因系統(tǒng)失靈或過應(yīng)力而使功率器件損壞，所設(shè)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(nèi)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(qū)動單元就會關(guān)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(qū)動和保護電路，使用戶產(chǎn)品的設(shè)計變得相當(dāng)容易，縮短了產(chǎn)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(guān)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(biāo)準(zhǔn)化與邏輯電平控制電路相聯(lián)的柵控接口，在產(chǎn)品系列擴充時無須另行設(shè)計驅(qū)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(quán)衡。根據(jù)IPM的過流動作數(shù)值以確定峰值電流及適當(dāng)?shù)臒嵩O(shè)計以保證結(jié)溫峰值永遠小于最大結(jié)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(shè)定的。電機電流最大峰值可由下式計算：
式中：P＝電機功率（W）；OL＝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；φF＝功率因數(shù)；VAC＝交流線電壓（V）。
交流220V電機額定值對OC保護設(shè)置的要求表
| 電機的額定功率（kW） | IC（峰值）（A） | 可用的IPM型號 | 最小OC動作數(shù)值（A） |
| 0.4 | 6.4 | PM10CSJ060 | 12 |
| 0.75 | 10.7 | PM15CSJ060 | 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 | PM75RSA060 | 115 |
| 11 | 98 | PM100CSA060或RSA | 158 |
| 15 | 129 | PM150CSA060或RSA | 210 |
| 18.5 | 161 | PM150CSA060或RSA | 210 |
| 22 | 191 | PM200CSA060或3×DSA | 310 |
| 30 | 244 | PM300DSA060×3 | 390 |
| 37 | 308 | PM400DSA060×3 | 500 |
| 45 | 371 | PM400DSA060×3 | 500 |
| 55 | 456 | PM600DSA060×3 | 740 |
例如：電源VAC＝220V交流，電機P＝3.7kW,OL＝150%,λ＝120%,η＝0.9,φF＝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(dāng)?shù)臒嵩O(shè)計來滿足其熱要求。在具體的應(yīng)用中，應(yīng)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(shè)計。
四、結(jié)論
IPM集成了驅(qū)動和保護電路，給用戶產(chǎn)品的設(shè)計和開發(fā)帶來了很大的便利，VVVF變頻器是其典型的應(yīng)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。