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介紹一下智能功率模塊的內部功能機制

發布時間: 2019-09-12  點擊次數: 1139次
  智能功率模塊(IPM)是Intelligent Power Module的縮寫,是一種先進的功率開關器件。IPM內置的驅動和保護電路使系統硬件電路簡單、可靠,縮短了系統開發時間,也提高了故障下的自保護能力。與普通的IGBT模塊相比,IPM在系統性能及可靠性方面都有進一步的提高。
 
  保護電路可以實現控制電壓欠壓保護、過熱保護、過流保護和短路保護。如果IPM模塊中有一種保護電路動作,IGBT柵極驅動單元就會關斷門極電流并輸出一個故障信號(FO)。各種保護功能具體如下:
 
  (1)控制電壓欠壓保護(UV):IPM使用單一的+15V供電,若供電電壓低于12.5V,且時間超過toff=10ms,發生欠壓保護,封鎖門極驅動電路,輸出故障信號。
 
  (2)過溫保護(OT):在靠近IGBT芯片的絕緣基板上安裝了一個溫度傳感器,當IPM溫度傳感器測出其基板的溫度超過溫度值時,發生過溫保護,封鎖門極驅動電路,輸出故障信號。
 
  (3)過流保護(OC):若流過IGBT的電流值超過過流動作電流,且時間超過toff,則發生過流保護,封鎖門極驅動電路,輸出故障信號。為避免發生過大的di/dt,大多數IPM采用兩級關斷模式。其中,VG為內部門極驅動電壓,ISC為短路電流值,IOC為過流電流值,IC為集電極電流,IFO為故障輸出電流。
 
  (4)短路保護(SC):若負載發生短路或控制系統故障導致短路,流過IGBT的電流值超過短路動作電流,則立刻發生短路保護,封鎖門極驅動電路,輸出故障信號。跟過流保護一樣,為避免發生過大的di/dt,大多數IPM采用兩級關斷模式。為縮短過流保護的電流檢測和故障動作間的響應時間,IPM內部使用實時電流控制電路(RTC),使響應時間小于100ns,從而有效抑制了電流和功率峰值,提高了保護效果。
 
  當IPM發生UV、OC、OT、SC中任一故障時,其故障輸出信號持續時間tFO為1.8ms(SC持續時間會長一些),此時間內IPM會封鎖門極驅動,關斷IPM;故障輸出信號持續時間結束后,IPM內部自動復位,門極驅動通道開放。
 
  可以看出,器件自身產生的故障信號是非保持性的,如果tFO結束后故障源仍舊沒有排除,IPM就會重復自動保護的過程,反復動作。過流、短路、過熱保護動作都是非常惡劣的運行狀況,應避免其反復動作,因此僅靠IPM內部保護電路還不能*實現器件的自我保護。要使系統真正安全、可靠運行,需要輔助的外圍保護電路。

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