變頻家電智能功率模塊的功能和應用
變頻空調器是通過改變頻率來控制壓縮機馬達的轉速,從而有效地控制其輸出功率,實現提高效率、降低噪音、提高制冷/熱效果和舒適性的目的。圖1為變頻空調室外機的電氣控制原理圖。
變頻空調器室外機硬件的核心部分是變頻器電路,主要包括單片機控制部分和電力轉換部分,后者的核心為逆變部分,通常都采用模塊化器件以提高可靠性。三菱公司為此開發了專用智能功率模塊,即CTM系列IPM。
IPM產品功能描述
IPM即智能功率模塊(Intelligent Power Module),它是將IGBT連同其驅動電路和多種保護電路封裝在同一模塊內,使系統設計者從繁瑣的IGBT驅動和保護電路的設計中解脫出來。
IPM內部含有門極驅動控制、故障檢測和多種保護電路等,并且采用內置有電流傳感器的第三代IGBT芯片。CTM系列IPM是針對家用空調常采用的低頻逆變系統而開發,頻率fPWM的典型值為5kHz,共有4個容量等級的8種型號,適用于直流輸入/三相輸出、電機功率為0.7~3HP的應用條件。
在開發該系列IPM時,在IGBT芯片、續流二極管芯片、控制IC電路以及封裝結構等方面都采取了多種優化處理措施,使其具有較小的體積和較高的性價比。用于這種IPM的IGBT芯片的飽和壓降優化到1.8V。
IPM的內置保護功能
IPM可以實現的保護功能有:1) 控制電源欠壓保護(UV);2)過熱保護(OT);3) 過流保護(OC);4) 短路保護(SC)。原理框圖見圖2,對應的時序如圖3-6所示,表1(上)中羅列了IPM各種保護功能的觸發條件和恢復條件。
保護功能說明:PM15/20CTM060(-3)和PM30CTJ060(-3) P側僅有門極驅動電路;N側含有門極驅動和多種保護功能,包括OC、SC、UV和OT。 PM50/75CTK060 P側含有門極驅動和OC、SC及UV等保護功能;N側含有門極驅動和OC、SC、UV及OT等保護功能。
需要強調的是,IPM的保護功能自身并不能排除故障。在電路設計時應利用故障輸出信號Fo,使系統在故障發生時能夠封鎖IPM的輸入信號并停機。
IPM的應用
圖7所示為三相逆變系統總體控制電路,電路中對應器件的類型應根據壓縮機的容量進行選擇,如表1(下)所示。
在使用IPM時應注意以下防靜電釋放(ESD)問題:
電烙鐵的烙鐵頭應良好接地:一般來說外熱式電烙鐵的烙鐵頭與其地線連接比較緊密,若采用內熱式電烙鐵,請保證其烙鐵頭能夠良好接地;
使設備(包括測試儀器)接地;
工作臺應鋪防靜電桌墊(導電毯),并接地;
操作人員應帶防靜電手套和防靜電環(接地),穿防靜電鞋;
操作區地面應鋪設防靜電地墊(導電毯),并接地;
采用設備地線和人體地線兩條不同地線;
各接地部分實際上都是通過一個1MΩ的電阻接地;
在搬運、焊接等過程中應避免手直接接觸模塊的控制端子,同時避免非工作人員接觸工作臺(IPM模塊)。
運輸和儲存時,不要采用易帶靜電的容器。
通過以下措施保證IPM模塊可靠運行:
PWM信號的死區時間應足夠大;
為減少干擾,IPM的接口電路板應盡可能靠近IPM模塊,推薦將接口電路板直接焊接在IPM上;
接口電路板焊接后,應檢查控制信號端子是否與控制電源端子有接觸;
一般來說,控制電源電壓應先于直流母線電壓加上;
系統設計時應考慮Fo信號的應用,使系統在故障發生時能夠封鎖IPM的輸入信號,并停機同時報警,以便工作人員進行檢查并排除故障;
散熱器應與IPM基板良好接觸(請按推薦的力矩固定并加導熱硅脂)。
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