IGBT模块IPM主电路设计关键技术

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1、IGBT模块/IPM主电路设计关键技术随着半导体器件的发展JGBT越来越多的被应用到交流传动技术中。本文主要分析了IGBT模块/IPM构成的交流传动逆变器的主电路原理、逆变电路结构及缓冲保护电路结构,并对主电路的安装布局以及电压电流参数的选取做出了说明。文章来源：IPM/IGBT模块逆变式主电路有单端正激、双单端、半桥、单相全桥、三相全桥等形式。三相全桥拓扑电路如下图：逆变电路主要负责电能转化，即将输入的直流电能转化为电机负载可用的三相交流电能，为电机提供能源。上所示为逆变电路原理图，这个逆变电路由6个绝缘栅双极晶体管T1~T6及续流二极管DI~D6组成。通过控制IG

2、BT管T1〜T6的通关断将输入的直流电源逆变成频率可调的矩形波交流电输岀到三相电机。其续流二极管DI~D6的作用是当T1-T6由导通变为截止时，为储存在电动机线圈中的电能提供释放通道；当电动机制动时，为再生电流提供回流到直流电源的通道。主电路直流母线采用形式:10-100A:PCB板150-300A:汇流排400A~1000A:叠层母线（下图）H4CKNTSSOrfigPtAIFSH*SBEENEXAGGERATEDIt4r*n.Hhtoshow()trAj

3、征是用薄铜板制作的铜排P与铜排N及电解电容连接铜排M紧贴,中间用绝缘纸绝缘并用塑料卡子锁紧固定，在顺电解电容排列方向有特定的限流槽，其结构特点是能有效降低电路中的寄生电感，降低了du/dt,改善了整个电路主回路的电气性能。吸收电路设计:由于电路中分布电感的存在，加之IGBT开关速度较高，当IGBT关断时及与之并接的反向恢复二极管逆相恢复时，会产生很大的浪涌电压Ldi/dt,从而威胁IGBT的安全。因此必须采取措施抑制浪涌电压，保护IGBT不被损坏。可以采用加装保护吸收电路的办法来抑制浪涌电压。其原理图如下图所示，该保护吸收电路有良好的抑制效果，具有保护吸收中发生损耗小

4、的优点。Figure3.4ExampleLayoutforaHighCurrent3-PhasoInvertertMXXALHOMSCAP^CITOASstfWMn41VD3OS52SCH—Hn©□；O；OQuRuMoDooQ1nl■aembA1aammba*ohb一一—」u円O□；O；0□nl一—」.ropptAtrsMTHOUTPUTCCWNECTKWSFigure3.5CommonIGBTSnubborCircuitsrTOPHEFORStRtSCCWHEClICNOfCAPACirC«SMAPPtCAIIONS保护吸收电路凍理田1•保护电路原理分析：以开关管T

5、1关断时刻为起点来分析吸收电路的工作原理，其工作过程可分为：线性化换流、母线寄生电感Lp谐振能量和吸收电容Cs放点共3个阶段。线性化换流阶段从开关管T1接收关断信号开始到开关管T1全截止结束。流过母线寄生电感Lp的母线电流经T1和吸收电路2条支路分流。在线性化换流阶段结束后，开关管T1完全截止。此时，主回路寄生电感Lp与吸收电容Cs产生谐振，Lp中储存的能量向Cs转移。当吸收电容上电压达到最大值，即谐振峰值时,谐振电流i为零，吸收电路二极管D2截止，箝位电压防止有振荡。在第二阶段结束之后，吸收电容Cs上过冲能量通过吸收电阻R、电源和负载放电。在放电过程中”近似认为负载

6、是恒流源。2.元件参数选取a.缓冲电容Cs选取缓冲电路中缓冲电容Cs的电容取值为：其中，L是主电路的寄生电感，Io为IG盯关断时的集电极电流，VCEP是缓冲电容器电压最终到达值，Ed为直流电源电压。b.缓冲电阻Rs的取值缓冲电阻的作用是在IGBI下一次关断前，将缓冲电容器电荷释放。因此在IGBT进行下一次动作之前,在储存电荷的90%放电条件下,缓冲电阻取值公式应满足下列公式：Rs^2.3-Cs-/⑵其中，f为交换频率。Table3.1SnubberandPowerCircuitDesignRecommendationsTable3.1SnubberandPowerCi

7、rcuitDesignRecommendationsModuleTypeSuggestedDesignValuesMainBusSnubberType(Figure)SnubberLoopInductanceSnubberCapacitorValueSnubberDiode10A-50A6-Packand7-PackTypes200nH3.7B20nH0J-0.47pFn/a75A-200A6-Packand7-PackTypes100nH3.7B20nH0.6.2.0pFn/a50A-200ADualTypeslOOnH3.7A20nH0.47-2