IPM 驱动电路与保护电路的设计

2017-06-04 74 0

驱动电路是 IPM 主电路与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。

1. IPM 驱动电路

以 PM100DSA120 为例,它是一种 D 型 IPM,内部封装了两个 IGBT,工作在 1200 V/100 A 以下,功率器件开关频率最大为 20 kHz。由于 IPM 内置了驱动电路,与 IGBT 驱动电路相比,外围驱动电路设计较方便,只需提供 15 V 直流电压即可。但 IPM 对驱动电路输出电压要求很严格,具体为:

1)驱动电压范围为 15 V±10%,电压低于 13.5 V 将发生欠压保护,高于 16.5 V 可能损坏内部部件。

2)驱动电压相互隔离,以避免地线噪声干扰。

3)驱动电源绝缘电压至少是 IPM 极间反向耐压值的两倍(2Uces)。

4)驱动电流可参阅器件给出的 20 kHz 驱动电流要求,并根据实际开关频率加以修正。

5)驱动电路输出端滤波电容不能太大,因为寄生电容超过 100 pF 时,噪声干扰可能误触发内部驱动电路。

2. IPM 保护电路

完善的系统保护不能只依靠 IPM 内部保护机制,还需辅助外围保护电路,可经硬件或软件方式实现。

1)硬件实现方式(列举两例)。方案一:PWM 接口电路前置 74HC245、74HC244 等带控制端的三态收发器,如图5-6 所示。IPM 控制信号经 74HC245 输入、输出后送至 IPM 接口电路;各 IPM 故障输出信号经光耦隔离输出后得到高电平 FO,送入或门,或门输出经 R-C 低通滤波器后送入 74HC245 的使能端 OE。IPM 正常工作时或门输出低电平、74HC245 选通;IPM 故障报警时或门输出高电平、74HC245 所有输出置为高阻,封锁各 IPM 控制信号、关断 IPM,实现保护功能。

图5-6 IPM 外围保护电路

方案二:PWM 接口电路前置一级带控制端的光耦(如 6N137)。原理与方案一类似,只是因高电平使能控制光耦 6N137,或门换成或非门,其输出经 R-C 低通滤波器后送入可控光耦 6N137 的使能端 VE,同样在 IPM 故障报警时封锁控制信号通道、实现保护。

需注意,为缩短故障响应时间,R-C 低通滤波器时间常数应小;两级光耦延长响应时间,应选用高速光耦。两种方案都是利用 IPM 故障输出信号封锁其控制信号通道,弥补 IPM 自身保护不足、有效保护器件。

2)软件实现方式。基本思路是:IPM 故障报警时,故障输出信号送到控制器处理,处理器确认后利用软件关断 IPM 控制信号,达到保护目的。

综上所述,软件保护不需增加硬件、简便易行,但可能受软件设计和计算机故障影响;硬件保护反应迅速、工作可靠。实践中软件与硬件结合的保护方式能更好地提高系统可靠性。

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