【文章內(nèi)容簡介】 M 的內(nèi)部引腳功能如表 1 所示。圖 15 IPM 的外部驅(qū)動電路和引腳連接示意圖圖 15 的外部接口電路直接固定在 PCB 上且靠近模塊輸入腳．以減少噪聲和干擾．PCB 上布線的距離應(yīng)適當(dāng),避免開關(guān)時干擾引起的電位變化。另外,考慮到強(qiáng)電可能造成外部驅(qū)動電路到 IPM 引線的干擾,可以在引腳1~4 間,34 間,45 間根據(jù)干擾大小加濾波電容器。 4 IPM 的保護(hù)電路設(shè)計由于，IPM 本身提供的保護(hù)電路不具備自保護(hù)功能．所以要通過外圍硬件或軟件的輔助電路將內(nèi)部提供的：FO 信號轉(zhuǎn)換為封鎖 IPM 的控制信號．關(guān)斷IPM,實(shí)現(xiàn)保護(hù)。4．1 硬件IPM 有故障時,FO 輸出低電平,通過高速光耦到達(dá)硬件電路,關(guān)斷 PWM 輸出,從而達(dá)到保護(hù) IPM 的目的。具體硬件連接方式如下：在 PWM 接口電路前置帶控制端的 3 態(tài)收發(fā)器(如 74HC245)。PWM 信號經(jīng)過 3 態(tài)收發(fā)器后送至 IPM 接口電路．IPM 的故障輸出信號 FO 經(jīng)光耦隔離輸出送入與非門。再送到 3 態(tài)收發(fā)器使能端 OE。IPM 正常工作時．與非門輸出為低電平。3 態(tài)收發(fā)器選通。IPM 有故障時。與非門輸出為高電平。3 態(tài)收發(fā)器所有輸出置為高阻態(tài)。封鎖各個 IPM 的控制信號．關(guān)斷 IPM．實(shí)現(xiàn)保護(hù)。4．2 軟件IPM 有故障時．FO 輸出低電平,FO 信號通過高速光耦送到控制器進(jìn)行處理。處理器確認(rèn)后。利用中斷或軟件關(guān)斷 IPM 的 PWM 控制信號．從而達(dá)到保護(hù)目的。如在基于 DSP 控制的系統(tǒng)中．利用事件管理器中功率驅(qū)動保護(hù)引腳(PDPINT)中斷實(shí)現(xiàn)對 IPM 的保護(hù)。通常 1 個事件管理器嚴(yán)生的多路 PWM 可控制多個 IPM 工作．其中每個開關(guān)管均可輸出 FO 信號,每個開關(guān)管的 FO 信號通過與門．當(dāng)任一開關(guān)管有故障時輸出低電平,與門輸出低電平．將該引腳連至 PDPINT,由于PDPINT 為低電平時 DSP 中斷,所有的事件管理器輸出引腳均被硬件設(shè)置為高阻態(tài),從而達(dá)到保護(hù)目的。以上 2 種方案均利用 IPM 故障輸出信號封鎖 IPM 的控制信號通道．因而彌補(bǔ)了 IPM 自身保護(hù)的不足,有效地保護(hù)了器件。5 IPM 的緩沖電路設(shè)計在 IPM 應(yīng)用中,由于高頻開關(guān)過程和功率回路寄生電感等疊加產(chǎn)生的di／dt、dv／dt 和瞬時功耗會對器件產(chǎn)生較大的沖擊,易損壞器件．因此需設(shè)置緩沖電路(即吸收電路),目的是改變器件的開關(guān)軌跡,控制各種瞬態(tài)過壓,降低器件開關(guān)損耗．保護(hù)器件安全運(yùn)行。圖 16 為常用的 3 種 IPM 緩沖電路。圖 16(a)為單只無感電容器構(gòu)成的緩沖電路,對瞬變電壓有效且成本低,適用于小功率 IPM。圖 16(b)為 RCD 構(gòu)成的緩沖電路,適用于較大功率 IPM．緩沖二極管 D 可箝住瞬變電壓,從而抑制由于母線寄生電感可能引起的寄生振蕩。其 RC 時間常數(shù)應(yīng)設(shè)計為開關(guān)周期的 1／3,即 r=T／3=1／3f。圖 16(c)為 P 型 RCD 和 N 型 RCD 構(gòu)成的緩沖電路,適用于大功率 IPM。功能類似于圖 16(b)所示的緩沖電路,其回路電感更小。若同時配合使用圖 16(a)所示的緩沖電路。還能減小緩沖二極管的應(yīng)力,緩沖效果更好。圖 16 常用的 IMP 緩沖電路在圖 16 中,當(dāng) IGBT 關(guān)斷時．負(fù)載電流經(jīng)緩沖二極管向緩沖電容器充電,同時集電極電流逐漸減少,由于電容器二端的電壓不能突變．所以有效地限制了IGBT 集電極電壓上升率 dv／dt。也避免了集電極電壓和集電極電流同時達(dá)到最大值。IGBT 集電極母線電感、電路及其元件內(nèi)部的雜散電感在 IGBT 開通時儲存的能量,這時儲存在緩沖電容器中。當(dāng) IGBT 開通時,集電極母線電感以及其他雜散電感又有效地限制了 IGBT 集電極電流上升率 di／dt．同樣也避免了集電極電壓和集電極電流同時達(dá)到最大值。此時,緩沖電容器通過外接電阻器和IGBT 開關(guān)放電,其儲存的開關(guān)能量也隨之在外接電阻器和電路、元件內(nèi)部的電阻器上耗散。如此,便將 IGBT 運(yùn)行時產(chǎn)生的開關(guān)損耗轉(zhuǎn)移到緩沖電路．最后在相關(guān)電阻器上以熱的形式耗散,從而保護(hù) IGBT 安全運(yùn)行。圖 16 中的電阻值和電容值按經(jīng)驗數(shù)據(jù)選?。喝?PM200DSA060 的電容值為0．221xF0．47xF,耐壓值是 IGBT 的 1．1 倍1．5 倍,電阻值為 10—20,電阻功率按 P=fCU2xlO6 計算,其中 f 為 IGBT 工作頻率,u 為 IGBT 的工作峰值電壓。C為緩沖電路與電阻器串聯(lián)電容。二極管選用快恢復(fù)二極管。為了保證緩沖電路的可靠性,可以根據(jù)功率大小選擇封裝好的圖 16 所示的緩沖電路。另外,由于母線電感、緩沖電路及其元件內(nèi)部的雜散電感對 IPM 尤其是大功率 IPM 有極大的影響,因此愈小愈好。要減小這些電感需從多方面人手：直流母線要盡量地短。緩沖電路要盡可能地靠近模塊。選用低電感的聚丙烯無極電容器、與 IPM 相匹配的快速緩沖二極管及無感泄放電阻器。6 IPM 在單相全橋逆變器中的應(yīng)用圖 17 所示的單相全橋逆變電路主要由逆變電路和控制電路組成。逆變電路包括逆變?nèi)珮蚝蜑V波電路,其中逆變?nèi)珮蛲瓿芍绷鞯浇涣鞯淖儞Q．濾波電路濾除諧波成分以獲得需要的交流電?？刂齐娐吠瓿蓪δ孀儤蛑虚_關(guān)管的控制并實(shí)現(xiàn)部分保護(hù)功能。圖 17 單相全橋逆變電路圖中的逆變?nèi)珮蛴?4 個開關(guān)管和 4 個續(xù)流二極管組成,工作時開關(guān)管在高頻條件下通斷．開關(guān)瞬間開關(guān)管電壓和電流變大,損耗大,結(jié)溫升高,加上功率回路寄生電感、振蕩及噪聲等．極易導(dǎo)致開關(guān)管瞬間損壞,以往常用分立元件設(shè)計開關(guān)管的保護(hù)電路和驅(qū)動電路,導(dǎo)致電路龐大且不可靠。筆者采用一對 PM200DSA060 雙單元 IPM 模塊分別代替圖中 Vl、DVD2組合和 VDvD4 組合構(gòu)成全橋逆變電路,利用 DSP 對 IPM 的控制,完成了中頻率 20kW、230V 逆變器的設(shè)計和調(diào)試,采用了如上所述的驅(qū)動電路、中的緩沖電路和基于 DSP 控制的軟件 IPM 保護(hù)電路。設(shè)計實(shí)踐表明：使用 IPM 可簡化系統(tǒng)硬件電路、縮短系統(tǒng)開發(fā)時間、提高可靠性、縮小體積,提高保護(hù)能力。第四節(jié) 位置檢測電路位置檢測電路的位置檢測電路是執(zhí)行機(jī)構(gòu)的重要組成部分，它的功能是提供準(zhǔn)確的位置信號。關(guān)鍵問題是位置傳感器的選型。在傳統(tǒng)的電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)中多采用繞線電位器、差動變壓器、導(dǎo)電塑料電位器等。繞線電位器壽命短被淘汰。差動變壓器由于線性區(qū)太短和溫度特性不理想而受到限制。導(dǎo)電塑料電位器目前較為流行，但它是有觸點(diǎn)的，壽命也不可能很長，精度也不高。筆者采用的位置傳感器為脈沖數(shù)字式傳感器，這種傳感器是無觸點(diǎn)的，且具有精度高、無線性區(qū)限制、穩(wěn)定性高、無溫度限制等特點(diǎn)。第五節(jié) 電壓及電流檢測檢測電壓、電流主要是為了計算電機(jī)的力矩，以及變頻器輸出回路短路、斷相保護(hù)和逆變模塊故障診斷。由于變頻器輸出的電流和電壓的頻率范圍為0～50Hz，采用常規(guī)的電流、電壓互感器無法滿足要求。為了快速反映出電流的大小，采用霍爾型電流互感器檢測 IPM 輸出的三相電流，對于 IPM 輸出電壓的檢測采用分壓電路。圖 18 IPM 輸出電流和電壓檢測IPM 的主要特點(diǎn)：IPM 是將主開關(guān)器件、續(xù)流二極管、驅(qū)動電路、過電流保護(hù)電路、過熱保護(hù)電路和短路保護(hù)電路以及驅(qū)動電源不足保護(hù)電路、接口電路等集成在同一封裝內(nèi)，形成的高度集成的智能功率集成電路。它的主要特點(diǎn)體現(xiàn)在控制功能、保護(hù)功能和接口功能方面。 (1)驅(qū)動電路：在 IPM 內(nèi)部設(shè)置了高性能的驅(qū)動電路，具有出現(xiàn)故障后自動軟關(guān)斷 IGBT 的功能，同時，由于結(jié)構(gòu)緊湊，驅(qū)動電路與 IGBT 之間距離極短，抗干擾能力強(qiáng)，輸出阻抗又很低，不需要加反偏壓，簡化了驅(qū)動電路電源，僅需提供 1 組下橋臂的公共電源和 3 組上橋臂的獨(dú)立“浮地”電源。 (2)欠電壓保護(hù)每個驅(qū)動電路都具有欠電壓(W)保護(hù)功能。無論什么原因，只要驅(qū)動電路電源電壓認(rèn) c 低于欠電壓閡值 yuv 時間超過 10ms，IPM 就會關(guān)斷，同時輸出一個故障報警信號。 (3)過熱保護(hù)：UM 內(nèi)部絕緣基板上設(shè)有溫度傳感器，當(dāng)溫度超過過熱斷開闊值時，IPM 內(nèi)部的保護(hù)電路就會阻止門極驅(qū)動信號，不接受控制輸入信號，直至過熱現(xiàn)象消失，保護(hù)器件不受損壞，同時輸出過熱故障信號。當(dāng)溫度下降到過熱復(fù)位網(wǎng)值時，電路自動恢復(fù)正常工作。 (4)過電流、短路保護(hù)：IPM 中的 IGBT 電流傳感器是射極分流式，采樣電阻上流過的電流很小，但與流過開關(guān)器件上的電流成正比例關(guān)系，從而取代了大功率電阻、電流互感器、霍爾電流傳感器等電流檢測組件。如果 UM 中任意一IGBT 的 C 極電流大于過電流動作電流時間超過 10LLs 時，UM 將軟關(guān)斷，并且輸出過電流報警信號。 (5)制動電路:IPM 中設(shè)有 IGBT 組成的制動電路。當(dāng) UM 接收到制動信號后，通，接在制動端 BN 的制動電阻吸收電能，制動電路工作。 (6)使用方便制動電路中的 IGBT 導(dǎo) UM 采用陶瓷絕緣結(jié)構(gòu)，直接安裝在散熱板上；直流輸入(P、N)、制動單元輸出(B)和變頻輸出端子直接用螺釘連接；輸入、輸出控制端子并排成一列，可用通用插座連接。所以主接線端子和控制端子都可直接拆卸，不需烙鐵焊接，非常方便。第六節(jié) 通訊接口為了實(shí)現(xiàn)計算機(jī)聯(lián)網(wǎng)和遠(yuǎn)程控制，選用 MAX232 作為系統(tǒng)的串行通訊接口，MAX232 內(nèi)部有兩個完全相同的電平轉(zhuǎn)換電路，可以把 8031 串行口輸出的 TTL電平轉(zhuǎn)換為 RS－232 標(biāo)準(zhǔn)電平，把其它微機(jī)送來的 RS－232 標(biāo)準(zhǔn)電平轉(zhuǎn)換成TTL 電平給 8031，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與其它微機(jī)間的通訊。MAX232 簡介：使 MAX232 芯片是美信公司專門為電腦的 RS232 標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計的單電源電平轉(zhuǎn)換芯片,用+5v 單電源供電。 圖 19 MAX232 芯片結(jié)構(gòu)引 腳 介 紹 ：第一部分是電荷泵電路:由 6 腳和 4 只電容構(gòu)成。功能是產(chǎn)生+12v 和12v 兩個電源，提供給 RS232 串口電平的需要。 第二部分是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道:由 11114 腳構(gòu)成兩個數(shù)據(jù)通道。 其中 13 腳（R1IN） 、12 腳（R1OUT） 、11 腳（T1IN） 、14 腳（T1OUT）為第一數(shù)據(jù)通道。 8 腳（R2IN） 、9 腳（R2OUT） 、10 腳（ T2IN） 、7 腳（T2OUT）為第二數(shù)據(jù)通道。 TTL/CMOS 數(shù)據(jù)從 T1IN、T2IN 輸入轉(zhuǎn)換成 RS232 數(shù)據(jù)從T1OUT、T2OUT 送到電腦 DB9 插頭；DB9 插頭的 RS232 數(shù)據(jù)從 R1IN、R2IN 輸入轉(zhuǎn)換成 TTL/CMOS 數(shù)據(jù)后從 R1OUT、R2OUT 輸出。 第三部分是供電:15 腳 GND、16 腳 VCC（+5v） 。 主 要 特 點(diǎn) ：符合所有的 RS232C 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。 只需要單一 +5V 電源供電。 片載電荷泵具有升壓、電壓