3 IPM的外部驱动电路设计
IPM的外部驱动电路是IPM内部电路和控制电路之间的接口,良好的外部驱动电路对以IPM构成的系统的运行效率、可靠性和安全性都有重要意义。
由IPM内部结构图可见.器件本身含有驱动电路.所以只要提供满足驱动功率要求的PWM信号、驱动电路电源和防止干扰的电气隔离装置即可。但是.IPM对驱动电路输出电压的要求很严格:驱动电压范围为13.5V~16.5V.电压低于13.5V将发生欠压保护.电压高于16.5V可能损坏内部部件;驱动信号频率为5Hz-20kHz,且需采用电气隔离装置。防止干扰:驱动电源绝缘电压至少是IPM极间反向耐压值的2倍(2Vces);驱动电流达19mA一26mA;驱动电路输出端的滤波电容不能太大.这是因为当寄生电容超过100pF时。噪声干扰将可能误触发内部驱动电路。
图3所示是一种典型的高可靠性IPM外部驱动电路方案。来自控制电路的PWM信号经R1限流.再经高速光耦隔离并放大后接IPM内部驱动电路并控制开关管工作,FO信号也经过光耦隔离输出。其中每个开关管的控制电源端采用独立隔离的稳压。15V电源,且接1只10μF的退耦电容器(图中未画出)以滤去共模噪声。Rl根据控制电路的输出电流选取.如用DSP产生PWM.则R1的阻值可为330Ω。R2根据IPM驱动电流选值,一方面应尽可能小以避免高阻抗IPM拾取噪声.另一方面又要足够可靠地控制IPM。可在2kΩ~6.8kΩ内选取。C1为2端与地间的O.1μF滤波电容器,PWM隔离光耦的要求是tPLH<O.8μF,trm<0.8μF,CMR>10kV/μs,可选用HCPIA503型、HCPIA504型、PS204l型(NEC)等高速光耦,且在光耦输入端接1只O.1μ的退耦电容器(图中未画出)。FO输出光耦可用低速光耦(如PC817)。IPM的内部引脚功能如表1所示。
图3的外部接口电路直接固定在PCB上且靠近模块输入脚.以减少噪声和干扰.PCB上布线的距离应适当,避免开关时干扰引起的电位变化。
另外,考虑到强电可能造成外部驱动电路到IPM引线的干扰,可以在引脚1~4间,3~4间,4~5间根据干扰大小加滤波电容器。
4 IPM的保护电路设计
由于。IPM本身提供的保护电路不具备自保护功能.所以要通过外围硬件或软件的辅助电路将内部提供的:FO信号转换为封锁IPM的控制信号.关断IPM,实现保护。
4.1 硬件
IPM有故障时,FO输出低电平,通过高速光耦到达硬件电路,关断PWM输出,从而达到保护IPM的目的。具体硬件连接方式如下:在PWM接口电路前置带控制端的3态收发器(如74HC245)。PWM信号经过3态收发器后送至IPM接口电路.IPM的故障输出信号FO经光耦隔离输出送入与非门。再送到3态收发器使能端OE。IPM正常工作时.与非门输出为低电平。3态收发器选通;IPM有故障时。与非门输出为高电平。3态收发器所有输出置为高阻态。封锁各个IPM的控制信号.关断IPM.实现保护。