IPM智能功率模块的设计与分析

引言 IPM智能功率模块是先进的混合集成功率器件,由高速、低功耗的IGBT芯片和优化的门极驱动以及保护电路构成.由于采用了能连续监测功率器件电流的、有电流传感功能的IGBT芯片,从而可实现高效的过流保护和短路保护.由于IPM智能功率模块集成了过热和欠压锁定保护电路,因而系统的可靠性得到了进一步提高.     

日本IGBT门极驱动模块

IGBT绝缘门极双极晶体管的门极驱动电路很多,分立式驱动电路既实用又经济,但要求达到预期的性能尚较困难,尤其是由于IGBT内寄生晶体管和寄生电容的存在,门极驱动与损坏时脉宽的关系(+V_G损坏时脉宽变窄)等原因,驱动电路的设计考虑门极信号受主电流的影响,这种影响将使负载短路波形变差。而驱动模块具有良好的驱动性能。下面简单介绍东芝公司生产的与本公司IGBT配套使用的TF1205、TF1206驱动模块和富士开发的IGBT驱动模块,以供国内设计和生产IGBT驱动模块时参考使用。     

IGBT的驱动保护电路

本文介绍了IGBT门极驱动保护电路的分类,分析了IGBT驱动保护电路的发展趋势,对常用IGBT驱动器如光耦隔离型、变压器隔离型等典型电路进行了分析,并将市场上常用厂家生产的IGBT驱动器工作参数和性能进行了比较,结合对工程实践中IGBT故障的分析,讨论了选用IGBT驱动器时的参考原则。     

IGBT驱动电路密勒效应的应对策略分析

IGBT的门极驱动电路影响IGBT的通态压降、开关时间、开关损耗、承受短路电流能力等,决定了IGBT的静态与动态特性。针对IGBT在开通和关断时,密勒效应对驱动的影响及其应对策略进行研究和分析。分析了密勒电容引起的寄生导通效应的4种应对策略,包括改变门极电阻,增加GE间电容,采用负压驱动以及有源密勒钳位技术,并分析了驱动电路中门极电阻对IGBT性能的影响。在此基础上,进行了实验对比,给出了实验分析结果。此外还对驱动与控制板的线缆连接要求进行了测试对比。实验结果表明,门极电阻的设置直接影响IGBT的开关性能,实际应用中需要综合考虑实际需求选择合适的门极电阻值来保证IGBT最优化地开通关断,密勒效应中的密勒电容对IGBT的开关性能影响非常大,驱动与控制板的线缆连接要求越短越好。     

功率自适应LD开关电源的设计

设计了一种基于开关电源的具有功率自适应功能的半导体激光器（LD）驱动电源,以单片机作为控制核心,结合外围硬件系统,利用PID算法,通过改变开关电源绝缘门极晶闸管（IGBT）的占空比实现了LD的恒流驱动和功率自适应调节。经实验证明,该驱动电路纹波系数低、效率高,光功率输出稳定度优于0.5%,可满足LD实际工作的需要。     

门极驱动光耦改善电机逆变器精度与效率

在开发可靠并具高成本效益的电动机控制系统时,设计工程师需要能够提供更多保护、更高效益并且能够在高噪声环境下运行的光电耦合器.Avago Technologies(安华高科技)宣布推出了智能型门极驱动光电耦合器产品--ACPL-332J和-331J系列高速绝缘栅双极晶体管(IGBT)光电耦合器非常适于工业逆变器和电源管理应用,如隔离式IGBT/功率MOSFET门极驱动、交流和无刷直流电动机驱动、工业用逆变器和不断电系统等.     

混合封装电力电子集成模块内功率电路对驱动保护电路的热影响

混合封装电力电子集成模块(IPEM)是目前中功率范围内电力电子集成的主要方式。IGBT器件与控制和驱动电路高密度地封装在一起,IGBT的发热对驱动保护电路会产生非常不利的影响,我们针对这个问题进行了研究。利用三维有限元法建立了模块内的传热模型,对不同发热功率下IGBT的结温以及驱动保护电路PCB的最高温度进行了计算和分析。另外,对功率电路与驱动保护电路PCB之间存在空气隙以及模块完全被密封后模块内的传热问题也进行了实验研究。     

智能功率模块

IPM（智能功率模块,Intelligent Power Modules）是为满足应用及市场需求,IGBT芯片为主体,将这种芯片及其门极驱动、控制和过流、过压、过热、短路、欠压锁定等多种保护与故障检测电路混合集成于一体的大功率器件,模块结合适合于工业化、标准化生产,简化应用设计,提高系统性能与可靠性,在各种电力变换中起重要作用,正逐渐成这功率器件的主流产品。     

IGBT驱动电路

本文在分析了IGBT驱动条件的基础上介绍了几种常见的IGBT驱动电路,设计了一种基于光耦HCPL-316J的IGBT驱动电路.实验证明该电路具有良好的驱动及保护能力.     

大功率IGBT驱动电路的设计

大功率IGBT（绝缘栅双极晶体管）在现代雷达发射机,特别是全固态调制器、高压开关电源中得到广泛应用。其驱动电路要求驱动能力强、保护迅速有效。介绍了互感器触发方式的大功率IGBT驱动电路的设计。该电路具有输出电阻低、电流增益高等优点,并具备快速过流检测和保护功能,解决了IGBT高低电位隔离以及多个IGBT同步驱动问题。实验表明,该驱动电路不仅满足设计要求,而且工作稳定可靠,通用性强,可广泛应用于全固态调制器和高压开关电源。     

用于有源电力滤波器的IGBT驱动及保护研究

介绍有源电力滤波器设计中EXB841型绝缘栅场效应晶体管(IGBT)驱动器的驱动原理和电路特点,对IGBT的栅极驱动特性、栅极串联电阻进行了探讨,给出过流保护和过压吸收的有效办法。样机试运行证明此种设计方案可靠、有效。     

Low Cost Gate Drive Circuit for MOSFETs and IGBTs

This work presents the design and implementation of a general purpose low cost drive circuit for insulated gate electronic power devices such as MOSFET and IGBT. The proposed drive circuit implementation is explained in detail and the results and waveforms obtained when the drive circuit is used in a chopper circuit with IGBT are presented.     

IGBT短路保护的驱动电路的设计

IGBT（绝缘栅双极型晶体管）在现代电力电子技术中得到越来越广泛的应用。文中主要对绝缘栅双极型晶体管的驱动和短路保护电路进行了研究。首先谈论了IGBT的驱动电路的基本要求和短路保护分析,然后运用IGBT集电极退饱和原理,提供了一个采用分立元件构成的IGBT具有短路保护功能的驱动电路。理论分析和实验结果证明了所设计驱动电路的可行性,而且该电路简单实用,可靠性高。     

IGBT驱动保护电路的改良设计

在实际应用电力电子技术过程中,绝缘栅双极晶体管(IGBT)驱动保护电路的合理设计应根据具体器件的特性,选择合适的参数,使之实现最优驱动和有效可靠的保护.文中针对具体工程,对IGBT驱动保护电路的难点进行了分析,采用连续调节IGBT保护整定值的办法实现精确检测及使用延时判断电路用以判断真假过流的设计思想,对常用的IGBT驱动保护电路进行改进,克服了在使用中无过流自锁功能、过流保护的阈值过高、无法对真假过流进行判断的缺陷,获得令人满意的实验结果,已安全应用于有源电力滤波器装置中.     

Design of LIGBT protection circuit for smart power integration

Development of a monolithic power integrated circuit by making the lateral insulated gate bipolar transistor (IGBT) the main switching device is a current topic. The overcurrent protection scheme is usually necessary to be built as part of the function in such a power integrated circuit. The protection circuit requires distinguishing various fault conditions and reacting differently based on the device safe operating area (SOA) limitation. At the same time, the protection circuit should also be relatively concise and suitable for integration. In this paper, a concise circuit suitable for integration and with gate drive capability is proposed to provide the complete function of overcurrent SOA protection for the LIGBT. The operational principle was described in detail and the circuit performance was verified with experimental results from both the discrete circuit and the fabricated LIGBT integrated circuit     

A high switching frequency IGBT PWM rectifier/inverter system forAC motor drives operating from single phase supply

A pulse width modulated (PWM) rectifier/inverter system using insulated gate bipolar transistors (IGBTs), capable of switching at 20 kHz is reported. The base drive circuit for the IGBT, incorporating short-circuit protection, is presented. The inverter uses an Undeland snubber together with a simple energy recovery circuit, which ensures reliable and efficient operation even for 20 kHz switching. The front end for the system is a regenerative single phase full bridge IGBT inverter along with an AC reactor. Steady-state design considerations are explained, and control techniques for unity power factor operation and fast current control of the front end power converter, in a rotating as well as a stationary reference frame, are discussed and compared. Results from computer simulations and experimental results for a 1.5 kW prototype system are presented     

一种适用于大功率IGBT模块串联工作的新型驱动电路

介绍了一种基于IGD515EI构成的IGBT串联应用的驱动电路,能够提供最大15A的驱动电流,采用光纤传输控制信号,解决了所有与MOSFET和IGBT有关的驱动、保护和电位隔离问题。应用结果表明,该驱动电路使用简单、可靠,具有优良的驱动和保护性能,尤其是其联合运用端口的设计非常适用于IGBT的串联使用。采用串联IGBT作为刚管调制器的放电开关,解决了单只IGBT耐压不够的问题。文中还介绍了IGBT栅极驱动电路和IGBT电压均衡电路的设计方法,并给出调制器的输出波形。     

电机控制用多输出开关电源设计

针对30kW开关磁阻电机控制系统的需要，本文设计了Flyback辅助开关稳压电源。此电源给系统控制板以及IGBT驱动电路供电，并保证电源电压稳定，纹波不大于3％，控制板电源与驱动电路电源以及IGBT驱动电路电源之间相互隔离。本文重点论述了开关电源的电路设计及高频变压器的设计，并给出实际纹波波形。本文设计的开关电源经现场检验．性能良好。本开关电源经改动后也适用与其他使用IGBT器件的电力电子装置。     

一种新型智能功率模块（IPM）

介绍一种新型智能功率模块的功能、工艺及应用。该功率模块将多块IGBT芯片与其栅极驱动电路、短路保护、过流（OC）保护、过温（0T）保护、欠压（UV）锁定电路等集成封装于一体,具有供电简单、开关速度高、死区时间小、驱动效率高的特点。在技术方面,对IGBT芯片、续流二极管芯片（FWD）、控制驱动电路及封装结构等方面采取了多种优化处理措施,从而使其具有很高的性能价格比。     

Field-Line-Circuit Coupling Based Method for Predicting Radiated Electromagnetic Emission of IGBT-PMSM Drive System

Electric drive system with Insulated gate bipolar transistor (IGBT) power device is widely used in Electric vehicle (EV), which consists of inverter, cables and Permanent magnet synchronous motor (PMSM). Due to the fast switching in di/dt and dv/dt of IGBT device, the system produces serious radiated Electromagnetic interference (EMI) through the interconnection cables. Thus, modeling of EMI source, propagation path and load PMSM is the key to accurately evaluate the system's radiation level. In addition, the system's radiated EMI involves the integrated calculation of circuit, cable and electromagnetic field, which cannot be solved by using a single circuit or electromagnetic calculation method. Therefore, this paper develops an effective field-linecircuit coupling based method to investigate the radiated EMI problems for IGBT-PMSM drive system, which is validated by experimental measurement. Besides, the impact of power cable parameters on radiated EMI is discussed. The proposed approach has guiding significance for electromagnetic compatibility design of EV.