式中，UAC为220 V输入交流电压，KV为电压波动系数，αV为安全系数，?驻UCE为线路杂散电感引起的尖峰电压，αP为过电压保护系数，αU为过电压安全系数，IO为逆变器输出电流，P为逆变器最大输出功率。
按照上述设计原理，设计了1 500 W的IPM电路。交流输入电压为220 V，整流电路为单相桥式。电路的主要元器件参数如下：自举电容为1 μF/25 V钽电容，自举二极管为快恢复MUR160，逆变桥IGBT开关管为IRG4IBC30KD，整流二极管为800 V/5 A的整流二极管。
2 仿真实验
　应用PSpICe软件对所设计电路进行了仿真：瞬态分析、步长5 μs、终止时间为80 μs、触发脉冲宽度20 μs、脉冲周期40 μs。图2是其仿真结果波形。
　通过对仿真模型中IR2136触发脉冲进行参数调整，得到的仿真结果如图2(a)、(b)、(c)所示。当输入触发脉冲幅值为3 V和5 V、输入脉冲为低电平时，输出端才有驱动信号输出，且输出的上开关管驱动波形幅值约为14.7 V。如果触发脉冲太低，因输出驱动波形性为高电压(约14.7 V)，对开关管起不到控制作用。

　图2(d)是单脉冲调制时，逆变桥电路的一个桥臂上下开关管驱动波形及桥臂输出波形。从图中可以看出，上下桥臂的驱动是交互进行的，单脉冲调制时，一个桥臂的输出电压幅值就是整流器的输出直流电压(对本设计来说，是单相全桥整流电路，直流电压值为310 V左右)，而栅极驱动电压是最高电压，要比桥臂输出电压高15 V左右。
　当改变直流电压源模型参数值时，仿真结果如图2(e)、(f)所示。由图可知，当欠压锁定的门限值为9.3 V，将图2(f)与图2(a)比较，可以看出，虽然9.3 V的直流电源能让驱动芯片工作，但输出驱动波形幅值已降至10 V以下，已不能可靠地驱动IGBT开关管。
　图2(g)为使能端工作及过流时的输出驱动波形仿真结果。当过流时，即过流检测端ITRIP的电压高于0.5 V时，经过内部传输电路的延时，可靠地关断输出波形，保护IGBT免遭损坏，经过外部RC网络10 μs的传输延迟(本电路设计的延时为10 μs，应用中可根据实际情况通过改变R10、C5的值来改变延时时间)，过流故障自动清除。同时从图2(g)中可以看出，使能端低电平时，输出驱动波形被封锁。
　而当触发脉冲序列发生错误导致桥臂直通时，IR2136芯片内部防直通电路起作用，使上下开关管的栅极驱动信号全为低电平。图2(h)为直通时的输出驱动波形，由图可知，在30～40 μs和70～80 μs时间段，同一桥臂的上下触发脉冲同时低电平有效，输出驱动信号全为低电平，防止了直通的发生。
　本文将系统集成思想应用于IGBT逆变电路，设计了一种基于IR2136为驱动电路的IPM电路。该电路集成了输入欠压、防直通、过流等保护功能。另外，应用自举技术，实现了全桥驱动电路的单电源供电，不但结构简单，还体现了系统集成思想。同时用PSpice软件对设计电路进行了仿真，其结果与理论吻合，验证了本文设计的正确性。
参考文献
[1] LEE F C， WYK J D， BOROYEVICH D， et al. Technology trends toward a system-in-a-module in power eleCTRonics[J]. Circuits and SystEMS Magazine， IEEE，2002， 2(4)：4-22.
[2] IWAMOTO H， MOTTO E， ACHHAMMER J， et al. New intelligent power modules for appliance motor control. APEC 2001， Sixteenth Annual IEEE， 2001(2)：1051-1056.
[3] WOOD P， BATTELLO M， KESKAR N， et al. Plug N driveTM application overview. International Rectifier Application Note AN-1044.
[4] AFTANDILIAN L， MANGTANI V， DUBHASHI A. Advances in power sEMIconductors and PACkaging lead to a compact integrated power stage for AC drives[C]. WESCON/97 Conference Proceedings， 4-6 Nov.， 1997：334-339.
[5] Tang Yiliang， Cui Wenjin， Xie Xiaorong， et al. 80C196MC Microcontroller-based inverter motor control and IR2130 six-output IGBT driver[C]. International Conference IEMD ′99，1999： 655-657.

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