IPM在电力机车大功率开关电源中的应用研究

摘要：智能功率模块IPM在电力电子领域的应用越来越广泛。在此详细描述了IPM的结构和外型，着重阐明了IPM中的自我保护机制，以便于蝙程实现。同时，结合在研项目“电力机车模块化分布式大功率开关直流稳压电源”的设计与开发，分析了IPM作为大功率高频逆变器应用时的相关注意事项，给出了具体设计的电路图和选型资料。通过实际现场调试，现场保护灵敏度高，运行稳定可靠。
关键词：IPM；保护机制；IGBT；逆变器

随着电子技术的发展，功率半导体技术已经成为现代电力电子技术的核心。以绝缘栅双极型晶体管(IGBT)为代表的功率器件，在众多工业控制领域得到越来越广泛的应用。IGBT作为一种典型的双极性MOS复合型功率器件，集MOSFET与GTR(大功率晶体管)的优点于一身，既具有输入阻抗高，开关速度快，热稳定性好和驱动电路简单的长处，又具有通态电压低，耐压高和承受电流大的优点。IPM(intelligent power
module)作为一种智能功率模块，它以IGBT为基础，内部集成了逻辑、控制、检测和保护电路，与普通IGBT相比，在系统性能和可靠性上均有很大的提高，同时由于IPM通态损耗和开关损耗都比较低，使散热器的尺寸减小，故整个系统的体积减小了很多，适应了功率器件的发展方向，从而应用领域越来越广。

1 IPM的基本结构
1．1 IPM结构形式
IPM是由高速低功耗的IGBT芯片和优先的门级驱动及保护电路构成，如图1所示。根据内部功率电路配置的不同，IPM分为H型、D型、C型和R型4种。图中，H型内部封装1个IGBT，D型内部封装2个IGBT，C型内部封装6个IGBT，R型内部封装7个IGBT。


1．2 IPM的内部机制
IPM内部设有栅极驱动控制电路、故障检测电路和各种保护电路，采用带有电流传感器的IGBT芯片，用以监测IGBT的主电流。而内部故障保护电路主要用以检测过流、过热和欠压等故障。图2为IPM功能框图。