IPM简化电路系统 单相逆变器设计应用于其中

)的缓冲电路设计

在IPM应用中，由于高频开关过程和功率回路寄生电感等叠加产生的di/dt、dv/dt和瞬时功耗会对器件产生较大的冲击，易损坏器件，因此需设置缓冲电路(即吸收电路)，目的是改变器件的开关轨迹，控制各种瞬态过压，降低器件开关损耗，保护器件安全运行。

图4为常用的3种IPM缓冲电路。图4(a)为单只无感电容器构成的缓冲电路，对瞬变电压有效且成本低，适用于小功率IPM。图4(b)为RCD构成的缓冲电路，适用于较大功率IPM.缓冲二极管D可箝住瞬变电压，从而抑制由于母线寄生电感可能引起的寄生振荡。其RC时间常数应设计为开关周期的1/3，即r=T/3=1/3f。图4(c)为P型RCD和N型RCD构成的缓冲电路，适用于大功率IPM。功能类似于图4(b)所示的缓冲电路，其回路电感更小。若同时配合使用图4(a)所示的缓冲电路。还能减小缓冲二极管的应力，缓冲效果更好。

在图4(c)中，当IGBT关断时，负载电流经缓冲二极管向缓冲电容器充电，同时集电极电流逐渐减少，由于电容器二端的电压不能突变，所以有效地限制了IGBT集电极电压上升率dv/dt。也避免了集电极电压和集电极电流同时达到最大值。IGBT集电极母线电感、电路及其元件内部的杂散电感在IGBT开通时储存的能量，这时储存在缓冲电容器中。当IGBT开通时，集电极母线电感以及其他杂散电感又有效地限制了IGBT集电极电流上升率di/dt.同样也避免了集电极电压和集电极电流同时达到最大值。此时，缓冲电容器通过外接电阻器和IGBT开关放电，其储存的开关能量也随之在外接电阻器和电路、元件内部的电阻器上耗散。如此，便将IGBT运行时产生的开关损耗转移到缓冲电路，最后在相关电阻器上以热的形式耗散，从而保护IGBT安全运行。

图4(c)中的电阻值和电容值按经验数据选取：如PM200DSA060的电容值为0.221xF~0.47xF，耐压值是IGBT的1.1倍~1.5倍，电阻值为10—20，电阻功率按P=fCU2xlO-6计算，其中f为IGBT工作频率，u为IGBT的工作峰值电压。C为缓冲电路与电阻器串联电容。二极管选用快恢复二极管。为了保证缓冲电路的可靠性，可以根据功率大小选择封装好的图4所示的缓冲电路。

另外，由于母线电感、缓冲电路及其元件内部的杂散电感对IPM尤其是大功率IPM有极大的影响，因此愈小愈好。要减小这些电感需从多方面人手：直流母线要尽量地短，缓冲电路要尽可能地靠近模块，选用低电感的聚丙烯无极电容器、与IPM相匹配的快速缓冲二极管及无感泄放电阻器。

智能功率模块(IPM)在单相全桥逆变器中的应用

图5所示的单相全桥逆变电路主要由逆变电路和控制电路组成。逆变电路包括逆变全桥和滤波电路，其中逆变全桥完成直流到交流的变换.滤波电路滤除谐波成分以获得需要的交流电，控制电路完成对逆变桥中开关管的控制并实现部分保护功能。

图中的逆变全桥由4个开关管和4个续流二极管组成，工作时开关管在高频条件下通断.开关瞬间开关管电压和电流变大，损耗大，结温升高，加上功率回路寄生电感、振荡及噪声等。极易导致开关管瞬间损坏，以往常用分立元件设计开关管的保护电路和驱动电路，导致电路庞大且不可靠。

本文采用一对PM200DSA060双单元IPM模块分别代替图中Vl、D1、V2、D2组合和V3、D3、v4、D4组合构成全桥逆变电路，利用DSP对IPM 的控制，完成了中频率20kW、230V逆变器的设计和调试，采用了如上所述的驱动电路、图4(c)中的缓冲电路和基于DSP控制的软件IPM保护电路。设计实践表明：使用IPM可简化系统硬件电路、缩短系统开发时间、提高可靠性、缩小体积，提高保护能力。