1.5 变频器常用功率模块

1.5.1 绝缘栅双极晶体管模块结构特点

现在变频器中使用的绝缘栅双极晶体管均以模块的方式出现，这主要是生产厂家为了使用方便，而将分立元器件方式的多个IGBT组合在一起而形成的。根据组合IGBT的数量不同而有多种，其中，以双管式IGBT模块与六管式IGBT模块应用较多。

1.双管式IGBT模块

变频器中使用的绝缘栅双极晶体管双管式IGBT模块内部典型结构如图1-21所示。

2.六管式IGBT模块

变频器中使用的绝缘栅双极晶体管六管式IGBT模块内部典型结构如图1-22所示。

1.5.2 变频器常用IPM变频功率模块组成特点

变频器中的集成功率逆变器，大多以组件出现，通常是由集成电路功率开关组成的，又称为变频模块，简称IPM模块，IPM模块铝底基板为绝缘类型，图1-23所示为IPM变频功率模块内部电路典型方框图。不同的IPM模块，根据其功能的需要，内部电路与输出引脚的数量也有差别。但它们的主要引脚功能，如驱动输入引脚、驱动输出引脚、正与负电源引脚基本上是相同的，区别仅在保护电路引脚上。

1.5.3 集成IPM式变频器功率逆变模块组件的组成

1.变频模块组件内电路

变频器中的集成功率逆变器模块组件，通常是由多块IPM变频模块与绝缘栅晶体管开关器件共同构成的，是一种可以将直流电压转换为频率与电压均可调的三相交流的变频装置，以PM20CTM060型变频模块组件为例，其内部典型等效电路如图1-24所示。

2.引脚功能

集成IPM式变频器功率逆变模块组件的内部电路主要由6个功率晶体管与6块IPM模块等组成，其各引脚功能说明如表1-1中所列。

表1-1 逆变功率模块组件各引脚功能说明

1.5.4 集成IPM式变频器功率逆变模块组件的特点

1.变频模块特点

如图1-24所示，在PM20CTM060功率模块的内部，以功率晶体管为开关器件的交流→直流→交流变换电路中，控制电路使同一桥臂上的两只功率晶体管一只导通时，另一只功率晶体管必须关断。在控制信号的作用下，6只功率晶体管分别导通，从而输出频率变化的三相交流电，提供给被驱动的电动机。

2.需要说明的问题

①变频功率模块通常还与多种器件集成在一起构成组件，组件内部包含了IGBT门极驱动电路和驱动电源，IGBT驱动输入信号一般采用2500V光电耦合器。

②有的组件还能输出12V（300mA）及5V（200mA）控制电源。

③组件具有过电流、过电压和过热信号检测，以实现保护功能，同时还能输出保护信号。

④组件装有输入、输出的接线端脚，故很容易和控制信号接线连接，与电动机连接也很容易。

1.5.5 集成IPM式变频器功率逆变模块组件的工作原理

1.保护控制

如图1-24所示，变频功率模块PM20CTM060电路通常受主控制板输送来的控制信号的控制而进行工作的。功率模块的脚为功率模块保护信号输出端，当功率模块出现过电流、短路、过热现象时，该脚就会有一故障保护控制信号输出，该信号一般是去主控制板，由主控制板微电脑系统电路中的有关电路进行保护报警，同时也输出保护控制信号使相关电路停止工作，以实现故障保护。

2.功率驱动控制

变频功率模块PM20CTM060电路的UP、VP、WP、UN、VN、WN为控制信号输出端，用于接收主控制电路板上微电脑送来的控制信号，用于分别控制6只大功率晶体管VT1～VT6的导通与截止，产生出的三路相位分别相差120°的可变频率的正弦波电压，用于驱动相应的负载。

1.5.6 变频器常用智能模块组成特点

1.智能模块含义

所谓智能模块，就是将与逆变配套的驱动电路、检测和保护电路以及某些接口电路等与功率模块均组合在一起的功率集成模块，通常采用字母IPM来表示。

图1-25是一种典型的智能模块的内部电路方框图，主要由控制电路与输出电路两大部分组合而成。

2.控制电路

在控制电路一侧，UP、VP、WP是和直流电路正端连接的各个IGBT的控制信号输入端；UFO、VFO、WFO是这些逆变管的保护信号输出端；UN、VN、WN则是和直流电路负端连接的各个IGBT的控制信号输入端；FO是它们共同的保护信号输出端；FI为信号输入端。

3.输出电路

在输出电路一侧，P为直流电源“+”端，N为“-”端；U、V、W为三相交流电压输出端；B为外接制动电阻器的接线端，由图1-25内部电路可知，该模块内部除了包含完整的逆变电路外，也将制动单元及其驱动电路均集成在一起了。

4.变频器中使用的智能模块的特点

（1）内含过热保护功能

如图1-25所示，智能模块中的过热保护电路用于保护IGBT和续流二极管不致过热损坏。一旦二极管的结温过高，过热保护电路就会动作，并输出控制信号去进行报警，从而大大提高了保护的灵敏度。

（2）内含多种保护电路

智能模块中除了过热保护电路外，还具有过流保护、短路保护、欠电压保护等电路，由于其检测均在模块内部进行，故十分方便，也大大提高了检测灵敏度和准确度，检测电路的功耗也有所减小。

（3）驱动可靠

由于驱动电路集成在智能模块中，不必进行外接，故在电路匹配方面可以做得十分完美。加之，驱动电路与IGBT之间的距离很短，故而大大提高了其工作可靠性。