80C196MC波形发生器和智能功率模块在逆变器中的应用

3 智能功率模块

电力电子器件是电力电子技术的重要基础。各种新型的电力电子器件不断涌现推动了电力电子技术的发展。 80年代后期，以绝缘栅极双极型晶体管IGBT （Insulated Gate Bipolar Transistor）为代表的复合型器件异军突起。IGBT是功率场控晶体管MOSFET和电力晶体管GTR的复合，它把MOSFET的驱动功率小、开关速率快的特点和GTR通态压降小、载波能力大的优点集于一身，因而性能十分优越，从而使之成为现代电力电子技术的主导器件。但是在实际电路中，大功率、高频率的开关操作动态条件非常荷刻。功率电路，缓冲电路还有门极驱动电路必须设计到足以承受di/dt和dv/dt极限值。如果过电压就会发生。同时地环路和杂散电容还会引起严重的噪声问题。因此合理的布局对于IGBT的可靠性和工作效率是非常重要的。哪一个环节没有设计好都会影响电路的正常工作，甚至将器件损坏。三菱智能功率模块IPM（Intelligent Power Module）是一种将高速、低损耗IGBT及其最佳门极驱动和保护电路集于一体的功率模块。该模块通过使用一种先进的在线监控电流传感器IGBT来实现高效的过电流和短路保护。IPM的过温保护和低电压闭锁保护更是大大的提高了系统的可靠性，而且整体模块体积小、结构紧凑，从而大大减小了整个装置的外形尺寸。下面结合PM100CSA120的内部结构来说明其原理和保护功能。

PM100CSA120 的内部结构如图3所示，六只IGBT反并联续流二极管连接成三相全桥电路。每一只IGBT都有相应的隔离驱动电路，所以驱动信号需要隔离后再进入模块，并且要给上桥臂每一个驱动模块提供单独的隔离直流电源，下桥臂因共地可共用一个直流电源。每一驱动电路都有完善的保护电路以防止器件损坏。这些保护包括以下几方面：

（1）控制电压低闭锁

IPM的内部控制电路需要15V直流电源，当这个电压因某种原因低于某个电压值（U1）或高于某个电压值（Uh）时，驱动电路自动闭锁，并且发出故障信号Fo以通知主控电路。

（2）温度保护电路

IPM内部有一个固定在底盘IGBT器件附近的温度传感器，当模块温度超过一定值To时，驱动电路自动闭锁直到模块温度降低到To以下为止，同时也发出故障信号Fo。

（3）过流保护

IPM可用电流传感型IGBT对模块进行在线监测，如果通过IPM的电流超过过电流门限值OC且持续时间达到toff(OC)时，保护电路将闭锁门极驱动并产生故障信号。这段持续时间是为了避免通过IPM的瞬时类峰所造成的保护误动。