毕业设计（论文）-基于单片开关电源的智能功率模块驱动电源的设计

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1、基于单片开关电源的智能功率模块驱动电源的设计第一章绪论11.1智能功率模块的基本原理11.2开关电源的发展趋势51.2.1开关电源的发展历史61.2.2开关电源的发展趋势6第二章三端单片开关电源的原理与应用82.1开关电源的基本原理82.2TOPSwitch——Ⅱ系列的产品分类及性能特点102.3TOPSwitch——Ⅱ系列单片开关电源的工作原理112.4单片开关电源的基本原理及反馈电路类型14第三章三端单片开关电源的设计183.1单片开关电源的快速设计法183.2高频变压器的设计253.3多路输出式单片开关电

2、源的设计273.4TOPSwitch——Ⅱ的使用注意事项31第四章实验分析35结论38致谢39参考文献40-42-基于单片开关电源的智能功率模块驱动电源的设计第一章绪论单片开关电源自20世纪90年代中期问世以来，便显示出强大的生命力，并以其优良特性倍受人们的青睐。它极大的简化了开关电源的设计和新产品开发工作，也为新型、高效、低成本开关电源的推广与普及，创造了良好条件。在智能功率模块（IPM）的应用中，需要用到四组互相绝缘的控制电源。使用单片开关电源可以方便地设计出高效的控制电源。本章首先阐述IPM的基本原理，然

3、后简要介绍开关电源的发展趋势、基本原理，以及单片开关电源的基本原理及反馈电路类型。1.1智能功率模块的基本原理　智能电力模块(IPM)是智能集成电路,因其可靠性高,用户使用方便的特点赢得越来越大的市场。本节以日本富士公司R系列IPM为例,讲述了智能电力模块的结构及其在小型变频器中的应用。1.1.1概述智能电力模块(IPM)又称为智能集成电路,是电力集成电路的一种。在电力电子变流电路中,电力电子器件必须有驱动电路(或触发电路)、控制电路和保护电路的配合,才能按人们的要求实现一定的电力控制功能。以往,电力电子器件和

4、配套控制电路是分离器件构成的电路装置,而今半导体技术达到了可以将电力电子器件及其配套控制电路集成在一个芯片上形成所谓的功率集成电路。可以集成多种功率器件及其控制电路所需的有源或无源器件,比如功率二极管、BJT、IGBT、高低压电容、高阻值多晶硅电阻、低阻值扩散电阻以及各元器件之间的连接等。这种功率集成电路特别适应于电力电子技术高频化发展方向的需要。由于高度集成化,结构十分紧凑,避免了由于分布参数、保护延迟等所带来的一系列技术难题。-42-基于单片开关电源的智能功率模块驱动电源的设计IPM的优点：1．不易损坏；2

5、．IPM内藏相关的外围电路,缩短了产品设计和评价时间；3．不需要对功率开关器件采取防静电措施；4．大大减少了元件数目,体积缩小。电力集成模块的智能化主要表现在易控制功能、保护功能和接口功能等三个方面。IPM内藏过电压、过电流和过热等故障监测电路,并可将监测信号送给CPU。即使发生负载事故或使用不当,也可保证IPM自身不受损坏。目前的IPM一般采用IGBT作为功率开关元件,并也内藏电流传感器及驱动电路的集成结构。IPM正以其可靠性高、用户使用方便的特点赢得越来越大的市场,尤其适合制作驱动电动机的变频器,是一种较为

6、理想的电力电子器件。1.1.2IPM的结构下面介绍小容量变频器中开始采用的IPM。以富士公司R系列IPM为例。其内部结构如图1．1所示。由图1．1可见,这是一种包括制动单元在内的完整的逆变器,其中包括7个IGBT和7个快速功率二极管,IGBT1～IGBT6组成逆变桥,VDF1～VDF6是与六个主IGBT反并联的回馈二极管,IGBT7是动力制动用的开关管,VDW是它的续流二极管。图中有关检测元件、保护电路没有具体画出,含在“驱动”框内。“驱动”部分具有下述功能:1．驱动信号放大;2．短路保护(SC);3．控制电源

7、欠电压保护(UV);4．IGBT及VDF、VDW过电流保护(OC);5．IGBT芯片过热保护(TjoH)。“驱动”4、6、2、7及“过热保护电路”经Ｒ由16号端子ALM输出报警信号。当IGBT过电流、IGBT-42-基于单片开关电源的智能功率模块驱动电源的设计结温过高、外壳温度过高、负载短路和控制电源欠电压信号出现时,ALM报警信号输出,保证整个系统切实停止工作。由于控制电源共地处理的限制,ALM信号由具有共地端的驱动器中取出,即由“驱动”4、6、2及7中取出。当有ALM信号输出时,IGBT4、6、2及7被封锁

8、,由于没有电流通路,IGBT1、3、5也同样受到保护。图1．1IPM的内部结构图1.1.3R系列的IPM在小容量变频器中的应用举例-42-基于单片开关电源的智能功率模块驱动电源的设计图1．2是含制动单元的R系列的IPM在小容量变频器中的应用电路。使用IPM时应注意以下各项:图1．2应用电路图（含制动单元）1．控制电源必须有4组,且互相绝缘,上桥臂3组,下桥臂及制动单元的驱动器公用1组。