IPM模块实现通用变频器实用电路

1 前言

已应用于各行各业的多种设备,并成为当今节电,改造传统工业,改善工艺流程,提高生产过程自动化水平,提高产品质量,改善环境的主要技术之一。

开关器件是的核心器件,绝缘栅双极型品体管(ICBT)投入市场以后,很快成为中小功率电力电子设备的主导器件,而且其电压、容量及开关频率性能还在提高。内部集成的驱动和保护可简化系统设计,其自我保护功能可使功率在测试及现场应用中损坏的可能性大大降低。采用后系统的综合性能极大提高,其性价比已经超过IGBT,有很好的经济性。

本文使用PM50RSAl20设计一款小型,功率为1 500 W,并将开关电源也集成到变频器中,体积小,方便在小功率场合使用。

2 PM50RSAl20简介[1]

PM50RSAl20是日本三菱公司推出的50 A/l200 V智能功率,开关频率20 kHz,其内部如图1所示。

PM．50RSAl20中共有7块:IGBT,其中6块构成桥路,另一块用于控制制动电阻的接人。P-N间接人前方整流模块整流后的直流电压(0 V～800 V);U、V、W是输出端子;B-P间接入制动电阻,在能耗制动过程中消耗制动能量;VUP1-Vupc,VVP1-VVPC,VWP1- VWPC,VN1-VNC间提供各IGBT模块的电源．典型值为15 V；UP-VUPc，VP_VVPC，WP-VWPC，UN·VN·WN·Br-VNc间为控制各IGBT导通和截止的控制端.当电压在0．8 V以下时，IGBT导通，在4 V。15 V之问时．：IGB3。截止；UF0-VUPc,VFo_-VVPC，Wm-V州，FO-VNC间为错误报告电压提供端,为了使接口尽量简化．该IPM模块用一个错误指示信号来通知控制器在该模块内发生的所有错误。控制器通过检测来判断是否发生了温升过高、过电流或短路故障．区别以上故障的依据是检测错误指示信号维持时间。短路和过电流故障信号的维持时间的典型值是1.5 ms．温升过高指示信号在温度超过允许值时有效,一直维持到温度降至复位值以下,这一过程的典型时间为十几秒。

3 硬件电路设计

型变频器的硬件电路主要由3部分组成:整流电路、开关电源电路以及逆变电路。整流电路将工频交流电整流为直流,并经大电容滤波供给逆变单元;开关电源电路为IPM和计算机控制电路供电;逆变电路是由PM50RSAl20组成,对于逆变电路本文主要阐述其控制电路的设计。

图2为整流电路「2-3」,整流电路中,输人为380V工频交流电。YRl～YR3为压敏电阻,用于吸收交流侧的浪涌电压,以免造成变频器损坏。输人电源经二极管整流桥6R130G-160整流为直流,并经El～E4大电容滤波后成为稳定的直流电压,再经电感和电容滤波后作为逆变单元和开关电源单元的电源。R2和R3是为了消除电容的离散性而设置的均压电阻,同时还起到放电的作用。发光二极管用于指示变频器的工作状态。Rl是启动过程中的限流电阻,由于E1～E4容量较大,上电瞬间相当于短路,电流很大,尺l可以限制该电流大小,电路正常状态后由继电器RLYl将该电阻短路以免增加损耗,继电器的控制信号SHORT来自于计算机,上电后延时一定时间计算机发出该信号将电阻切除。R1应选择大功率电阻,本电路中选择的是20 W的水泥电阻,而且为了散热该电阻安装时应悬空。电路中的+5 V、+12 V和±15 V电压是由 开关电源提供的电压。LVl是电压传感器,用于采集整流电压值,供检测和确定控制算法用．UDCM是电压传感器的输出信号。通过外接插排连接至外接计算机控制电路。