变频器中的模块逆变电路

　　在变频器中，由IG-BT管以及相应的驱动控制、保护电路构成完整的逆变电路，实现将直流电逆变为交流电的功能。逆变电路可以由分立元件或具有各种功能的模块电路构成。随着技术的发展和进步，分立元件构成的逆变电路已经退出历史舞台。
　　
　　1.IGBT模块
　　
　　在变频器的应用电路中，通常在IGBT管的旁边反向并联一个二极管．而且经常做成模块形式．下图所示就是各种结构的IGBT模块。图中a）是单管模块，b）是双管模块，c）是六管模块。

　　
　　2.EXB系列IGBT驱动模块及其应用

    富士EXB系列IGBT驱动模块是目前国内市场应用较多的驱动模块，该系列中一款驱动模块与ICBT管的连接电路如下图所示。图中方框内的电路就是EXB驱动模块，方框边线上的数字是模块的引脚编号。模块的②脚和⑨脚是20V的工作电源，②脚为正，③脚是模块的驱动输出端，在模块内连接由三极管Vl、V2组成的推挽电路的中点．对外经栅极电阻RG连接IGBT管的栅极。在②脚和⑨脚之间，电阻R1和稳压管VS稳压一个5V电压，经模块①脚与IGBT管的发射极连接。模块的⑥脚与IGBT管的集电极连接，用于进行过电流保护。

　　CPU的控制信号从15脚和14脚输入。当15脚和14脚之间有输入信号时，该输入信号经隔离、放大器A放大a点形成高电位，使V1导通，V2截止。此时②脚的20V电压经V1、③脚、RG连接到ICBT管的栅极G，使栅极G的电位为20V．而发射极E与①脚的5V连接。所以,IGBT管的栅极与发射极之间电压UCE=+20V-5V=+15V，ICBT管饱和导通。
　　
　　当15脚和4脚之间的输入信号为0时，a点为低电位，此时V1截止，V2导通，模块的③脚经V2与⑨脚的ov连接。这时的情况相当于IGBT管的栅极为0V，发射极为5v．因此UGE=-5V。IGBT管截止。以上过程实现了驱动模块对IGBT管的驱动控制。
　　
　　3.IGBT管的栅极电阻RG
　　
　　在上图中，ICBT管的栅极接有一个电阻RC,这个电阻的选择非常重要。这是因为ICBT管的栅极G和发射极E之间存在着寄生的结电容CGE，这个电容的充放电将影响到ICBT管的工作。Rg阻值大，将延长ICBT的开通和关断时间；Rg阻值太小，IGBT关断太快，将使IC-BT的C、E极电压迅速从饱和导通状态时的低于3V上升到约为500V以上，这将通过集电极和栅极之间的结电容UCG产生反馈电流ICG，对IGBT的关断起到阻碍作用，甚至发生误导通。因此，栅极电阻RG的连接是必须的，不可缺少的。
　　
　　栅极电阻的大小应严格按照ICBT管的说明书选取。

　　4．驱动模块输出信号的放大
　　
　　IGBT管是电压控制型器件，其栅极与发射极之间的输入阻抗很大，吸收信号源的电流和消耗的驱动功率也很小，但由于栅极G与发射极E之间存在着结电容CGE，在驱动信号作用下，也会吸收电流。容量越大的IGBT，CGE也越大，吸收的电流也越大，而驱动模块输出电流有时不足20mA，甚至只有几mA，所以对于在大容量变频器中使用的IGBT管，驱动模块输出的驱动信号需要进行放大，如下图所示。在图4中，驱动模块输出端③脚与IGBT管栅极之间接人了由V3和V4组成的推挽放大电路，将驱动信号进行再次放大，从而满足大容量IGBT管的驱动需求。

　　5．智能电力模块IPM
　　
　　智能电力模块IPM是电力集成电路的一种．有时也称作智能电力集成电路SPIC。电力电子器件和配套的控制电路，过去都是分立器件的电路装置，而今随着半导体技术及其相应工艺技术的成熟，已经可以将电力电子器件及其配套的控制电路集成在一个芯片上，形成所谓的电力集成电路。这种电路能集成电力电子器件、有源或无源器件、完整的控制电路、检测与保护电路，由于它结构紧凑、集成化程度高，从而避免了分布参数、保护延迟等一系列技术问题。
　　
　　下面介绍变频器中较常用的以IC-BT为主开关器件的IPM。目前几十千瓦以下的变频器已经开始采用这种集成度高、功能强大的器件IPM。富士公司R系列IPM的型号含义如下图所示。

　　下图是富士7MBP100RA060智能电力模块的内部结构图。模块内部包含7个IGBT和7个功率二极管。其中IGBT1—ICBT6构成三相逆变桥．VDF1—VDF6是与6个IGBT反向并联的回馈二极管。动力制动由IGBT7作为开关管．VDW是它的续流二极管。模块的16脚ALM端是报警信号输出端，可对模块的短路、控制电源欠电压、IGBT及VDF过电流、VDW过电流、IGBT芯片过热、外壳过热等各种运行异常实施保护，当ALM端有报警信号输出时，ICBT的电流通路被封锁，IPM受到保护。

　　由于IPM内部的驱动电路是专门针对内部的ICBT设计的，因此具有最佳的驱动条件。IPM还内含制动电路，即由ICBT7等电路组成，只要在外电路端子P与B之间接人制动电阻，就能实现制动。使用IPM模块构成的变频器应用系统如下图所示。图中方框内是IPM模块，模块内的电路如图6所示。模块右侧连接电动机、制动电阻以及整流滤波电路。制动电阻连接在端子P与B之间。
　　
　　模块左侧连接的是控制信号电路和报警输出电路。
　　
　　下图的应用系统使用4组相互绝缘的控制电源，即UCC1、UCC2、UCC3和UCC4。其中逆变桥的上桥臂使用3组，下桥臂和制动单元共用1组。这4组控制电源还必须与主电源之间具有良好的绝缘。下桥臂控制电源的CND和主电源的GND已经在IPM内连接好，在IPM外部绝对不允许再连接，否则将会产生环流、引起IPM的误动作，甚至可能破坏IPM的输入电路。

本文关键字：变频器  变换电路，单元电路 - 变换电路