1 引言

隨著電力電子技術、計算機技術和超大規模集成電路技術的快速發展，變頻調速系統趨向數字化和高集成度方向發展。傳統的分立元器件逐漸被高可靠性的集成元器件所代替：一方面可以減少設計電路的元器件的數量，提高設計效率和縮短開發周期，另一方面，可以大大提高系統的可靠性。因此，集成元器件的應用越來越廣泛。在變頻調速系統如工業洗衣機，變頻家電等控制系統中，功率驅動器件是必不可少的，智能功率模塊(ipm)就是一個典型的高度集成的功率驅動器件，由于其體積小、集成功能多、成本低、可靠性高和使用方便等諸多優點，在中、小功率交流變頻調速器中已大量使用。本文對單電源ipm模塊在變頻調速控制器中的應用進行詳細的闡述，并結合具體的應用系統給出其典型應用。

2 單電源ipm模塊結構和工作原理

2.1 ipm模塊的一般特點

ipm模塊作為功率集成電路產品， 它使用表面貼裝技術將三相橋臂的六個igbt及其驅動電路、保護電路集成在一個模塊內，除了具有驅動功能外， 還具有很多保護功能，與傳統分立igbt或模塊相比，其具有體積小、功能多、可靠性高、價格便宜等優點。ipm模塊一般具有以下特點：

(1) 內含驅動電路;

(2) 內含過電流保護(oc)、短路保護(sc);

(3) 內含驅動電源欠壓保護(uv);

(4) 內含過熱保護(oh)，過熱保護是防止igbt、續流二極管(frd)過熱的保護功能;

(5)內含報警輸出(alm)，alm是向外部輸出故障報警的一種功能，當oh及下橋臂oc、uv保護動作時，通過向控制ipm的微機輸出異常信號，能即時停止系統。對于具體不同型號的ipm，其內部所集成的功能可能有所差異。

2.2 單電源ipm模塊的結構和工作原理

ipm模塊正常工作時，需要提供驅動電源。現在普遍使用的ipm模塊一般需要提供四路獨立的電源，目的是防止其內部上、下橋臂發生直通短路現象，但隨著功率器件集成技術發展，一些生產廠家，如日本三菱，日本東芝，美國仙童等，采用自舉電源技術，推出單電源ipm模塊，使得只需給ipm提供一路驅動電源，這為實現變頻調速系統共地提供了可能。單電源dip-ipmps21255-e的內部電路如圖1所示。

單電源ipm模塊的結構原理圖

在圖1中，hvic1～hvic3驅動三相橋臂的上管，lvic驅動三相橋臂的下管。其中，hvic1～hvic3中集成了輸入pwm信號整形電路、電平移位電路、欠壓保護電路、igbt驅動電路，其結構示意圖如圖2所示。

hvic內部結構原理圖