大赢家首页备用登录|用于低功率驱动的“功率因数校正 + 逆变器” IPM 尺寸仅有21mm x 36mm

更新:2020-01-11 14:13:23浏览:3653

简介:针对低功率驱动器优化新型功率因数校正 + 变频器的ipm出现了。概观新型ipm的内部电路由逆变器级和pfc级所组成。三相逆变器级具有六个600v额定值的trenchstoptm igbt和六个发射极控制二极管,以及一个soi栅极驱动器ic,其提供集成自举电路和用于温度监测的热敏电阻。新型ipm采用紧凑尺寸的英飞凌科技cipostm小型封装,僅有21mm x 36mm x 3.1mm的大小,新的ip

大赢家首页备用登录|用于低功率驱动的“功率因数校正 + 逆变器” IPM 尺寸仅有21mm x 36mm

大赢家首页备用登录,针对低功率驱动器优化新型功率因数校正(pfc) + 变频器的ipm(智能功率模块)出现了。这是一款集成三相逆变器和单升压pfc级在一个具有soi(硅绝缘体)的栅极驱动器中,采用单个小型化dil(双列直插式)传输模制式封装。

采用这款新的ipm,系统的尺寸和成本可以大大降低。

概观

新型ipm的内部电路由逆变器级和pfc级所组成。三相逆变器级具有六个600v额定值的trenchstoptm igbt和六个发射极控制二极管,以及一个soi栅极驱动器ic,其提供集成自举电路和用于温度监测的热敏电阻。pfc级由一个650v额定的trenchstoptm igbt和一个具有快速和软开关特性的快速开关发射极控制二极管组成(图1)。

图1:内部电路

降低成本

总成本最小化是系统工程师在开发新电机驱动时最重要的考虑因素。不仅是考虑到ipm本身的材料成本,还要加上散热片和pcb等材料成本,甚至是产品开发的上市时间,都是计算总成本的主要因素。

小型化传输模制式封装(封装尺寸和结构)

具有高度集成的新型ipm封装外形如图2所示。新型ipm采用紧凑尺寸的英飞凌科技cipostm(控制集成電源系统)小型封装,僅有21mm x 36mm x 3.1mm的大小,新的ipm符合ul认证(ul 1557 file e314539)和rohs标准。

图2:外部视图

具有良好导热性的基板采用dcb(直接铜接合)技术,被使用于高热性能的基板上。图3显示了新ipm的截面图,如igbt和二极管等所有主要的热源都安装在dcb上,以充分利用该封装的传热能力。因此,即使封装尺寸非常紧凑,新的ipm也可以成为高达3kw电机驱动器的优秀解决方案[1]。

图3:截面图

散热片和pcb尺寸

所有的功率半导体元件(例如桥式整流器,用于pfc的分立igbt,分立升压二极管和用于电机驱动的ipm)通常安装在一个散热器上以便于散热。图4显示了可以减少的pcb和散热器尺寸的量,以及通过将分立功率半导体和驱动器集成到一个封装中,并可以简化组装过程[2]。

(a) 离散pfc和逆变器ipm解决方案

(b) 新的ipm解决方案

图4:散热器上的安装配置

(a 前面)

(b 背面)

开发速度更快(参考板,图5和图6)

新的电路设计,图稿和pcb组件在系统开发过程中需要花费很多时间。为了减少在此过程中花费的时间,并快速确定新的ipm是否可以运行电机,已经开发出参考板了。操作电机的最小外设可安装在电路板上,其他像是pwm信号,+5 / +15v直流电源,pfc电感,直流链电解电容,都可利用从电路板外部通过电线来连接至参考板。

图5:参考板结构

图6:参考板的应用实例

650v额定pfc级

英飞凌科技根据其pfc igbt特性开发出两种产品,它们是20khz开关频率的high speed 3(hs3)和用于40khz开关频率的trenchstoptm 5(ts5),如表1所列。英飞凌的快速发射极控制二极管被优化为在pfc拓扑中,與作为升压二极管的trenchstoptm igbt一同工作,它结合了低vf以降低传导损耗和低irr以减少igbt的eon [3]。所有功率器件具有650v的额定电压,并且对不稳定的交流电网提供了更高的可靠性和耐用性[4]。

表1:产品阵容,额定值和目标切换频率

逆变器級的特点

逆变器級具有多种逆变器安全运行功能。这些功能可以通过坚固的soi栅极驱动器和热敏电阻来实现。

• 在vbs=15v时信号传输允许高达-11v的负vs电位

• 集成引导功能

•所有通道都可欠压闭锁

• 预防交叉传导

• 在保护期间将所有六个开关关闭

• 过电流关机

• 温度监视器

过电流保护

新的ipm监控itrip引脚的电压,当电压超过vit,th+(正向阈值电压)时,故障信号被激活,所有六个igbt都会被关闭。最大过电流断路电平通常设定为额定集电极电流的两倍以下[5]。

图7:过电流保护时间表

过温保护

对于过温保护功能,热敏电阻已经集成在该ipm中。电阻在25℃时通常为85kΩ,在100℃时电阻为5.4kΩ(图8)。

图8:热敏电阻与温度的关系

如图9所示,vfo引脚与微控制器的adc和故障检测端子直接连接,因为热敏电阻与具有开漏配置的故障输出端并联。例如,当上拉电阻r1在约100℃時为3.6kΩ,vfo电压在vcrt=5v時为2.95v(典型值),在vcrt=3.3v時則為1.95v,如图10所示。

图9:过温保护电路

图10:vfo电压与温度的关系

热评估

图11是测试电路和测量波形,显示了测试系统的运行状态,用于评估输入功率为2kw的热性能。工作条件为pfc控制器=ice2pcs05g,输入电源pin=2kw,交流输入电压vin=220v/60hz,直流链路电压vdc=400v,逆变器开关频率=5khz,pfc开关频率=20khz,r-l负载(r = 13.75Ω,l = 2.96mh,功率因数=0.99),mi=0.69,栅极电阻器栅极电阻器rg=5.1Ω,环境温度ta=25℃。被测设备是ifcm15s60gd,输入功率因数约为0.995,thd约为9.78%。

(a. 测试电路)

(b. 波形)

图11:新ipm的测试电路和波形

在pfc igbt位置下的外壳温度为最高点约为67.5℃,高于逆变器部件。ifcm15s60gd足以应付超过2kw的功率。

(a. 温度测量点)

(b. 温度图)

图12:新型ipm(ifcm15s60gd)的温度测量点和测试结果

总结

新的智能功率模块是用于如室内空调变速电机驱动的逆变器和pfc拓扑结构的最佳解决方案。英飞凌科技拥有所有必要的技术,并致力于为客户提供实现紧凑型和高效率的解决方案,从而最大限度地减少系统尺寸,总成本和上市时间。

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