逆變電路IPM模塊IGBT

研究國外的變頻器和伺服驅動器裝置，日系驅動器由于在智能功率模塊IPM方面有非常明顯的技術工藝優勢，其采用的IPM模塊都是量身定制的，無論采用IGBT模塊的架構或者IPM模塊的架構都能取得很好的性能， 歐美的驅動器很少使用IPM，幾乎都采用IGBT模塊的架構，比如倫茨，艾默生，KMG，西門子等。

IPM的優點：小體積，小型化 ；縮短研發周期；驅動電路和IGBT之間連線短，驅動電路的阻抗低，不需要負電源；集成了IGBT的驅動，欠壓保護，過熱保護，過流短路保護，可靠性高。

IPM的缺點：過流或者過溫保護點已經固定，如果因為某些特殊的需求就無法作更改，靈活性不夠；IPM只有一個報警信號輸出，不能分辨究竟是過熱還是過流還是欠壓等。還有如果就只有驅動或者保護部分電路損壞,但是我們只能無奈的換掉整個模塊，而大功率IPM的采購成本非常高。

IGBT的優點：采用IGBT架構電路結構靈活 ，過載能力強（其額定電流是在80℃定義，而IPM是在25℃定義的），采購成本低，可以靈活的設計IGBT的驅動電路有效的控制其開啟和關斷時間，實現良好的EMI和IGBT的熱功耗。

IGBT的缺點：體積大，還需要設計如驅動電路、外圍的報警保護電路等保證IGBT的可靠運行。因此設計難度大，穩定性和可靠性很難把握，并且驅動電路除了需要正電源往往還需要負電源，需要提供的電源相對多，布局布線存在困難。

在上等的伺服驅動裝置的研發中，我們恰恰需要它的靈活性。只有從工藝、電路、布局布線以及軟件上進行優化，才能打造出可靠穩定的硬件平臺。因此一般采用IGBT架構。也有一些上等的伺服如法拉克的6驅一體用于機器人的伺服是采用了IPM的方案，主要原因是為了實現小型化，將6個驅動器集成一體，采用IPM可以提高可靠性，再者法拉克所用的IPM是其本國設計生產的完全可以實現定制，以達到*好的驅動特性。如果我公司要設計上等的伺服，如機器人專用的*好不要采用日本的IPM, 因為我們曾經花了兩周時間調試完畢基于三菱的IPM模塊PS21255(20A)的電源板，并且發現了三菱模塊不論是PS21255(**代)還是PS21875(第三代)配傳感器ACS712（單端輸出）性能都很差，連6米的快速移動都會造成步進電機電機悶車，但是英飛凌和IR的智能模塊都運行很正常，這也真正的應證了日本確實是將品質一般的產品賣給中國，所以我建議公司應該加大IGBT的應用，多沉淀和積累關于IGBT的驅動保護等相關經驗，逐步減少對日本IPM模塊的依賴。

IGBT的驅動電路結構形式：分離元件;專用集成驅動電路;光耦驅動;變壓器驅動。隨著大規模集成電路的發展及貼片工藝的出現，這類分離元件式的驅動電路，因結構復雜、集成化低、故障率高已逐漸被淘汰。光耦器件構成的驅動電路具有線路簡單、可靠性高、開關性能好等特點，在IGBT驅動電路設計中被廣泛采用。如東芝公司的TLP系列、夏普公司的PC系列，安華高的HCPL系列等。目前已開發的專用集成驅動電路，主要有IR公司的IR2136，三菱公司的EXB系列厚膜驅動。此外，現在的一些歐美廠商在IGBT驅動電路設計上采用高頻隔離變壓器，如 CONCEPT公司，丹佛斯VLT系列變頻電源。通過高頻變壓器對驅動電路電源及信號的隔離，增強驅動電路的可靠性，同時也有效地防止主電路出現故障時對控制電路的損壞，故障率低，壽命長，響應快。但缺點是工藝復雜。

目前國外的上等IGBT驅動方案伺服驅動器主流是驅動光耦，該方案*成熟，因此公司設計上等伺服適宜選擇光耦來進行驅動IGBT。

外圍保護電路，IGBT 模塊可能由于過電流、過電壓這類異常情況而受損，因此，在IGBT 模塊的運用中,設計能夠避免這種異常情況從而保護元件的保護電路顯得尤為重要。短路保護通常有兩種方案，一種是通過電流檢測器，如電流傳感器、互感器和采樣電阻直接檢測IGBT的集電極電流。另外一種通過檢測IGBT的飽和壓降。當IGBT發生短路時，為了避免關斷電流的di/dt過大形成的過電壓，導致IGBT鎖定無效和損壞，以及降低電磁干擾，通常采用軟關斷技術。一些驅動光耦同時具備這兩種功能，如ACPL-332,因此采用帶檢測IGBT的飽和壓降功能驅動光耦來實現短路保護。

因為IGBT 的開關速度很快，IGBT 關斷時，或FWD 反向恢復時會產生很高的di/dt，由雜散電感引發很高的關斷浪涌電壓，要抑制發生過電壓的方法有：盡量將電解電容器配置在IGBT 的附近，減小雜散電感; 調整IGBT 的驅動電路的驅動電阻，減小di/dt; 在IGBT 中加上緩沖電路，吸收浪涌電壓。在緩沖電路的電容器中使用薄膜電容，并配置在IGBT 附近，使其吸收高頻浪涌電壓。