智能三相逆变桥功率集成电路和智能功率模块

无刷直流电动机驱动器集成电路属于三相逆变桥功率集成电路，可用于数十瓦电动机的直接驱动。

交流电动机调速在现代家用电器和工业机械中的应用日渐增多。但由于以分立元件为主，其成本问题限制了它的应用。一些公司开发了单片三相交流电动机逆变器功率集成电路，可满足近百瓦功率交流电动机调速驱动的需要。据1993年报导东芝公司生产的耐压为500V、输出每相电流为1A的单片三相逆变器集成电路就是一例。

它在一个硅片上集成了六个横向IGBT、六个快速二极管组成的三相逆变桥，还有栅极驱动电路、逻辑控制电路和保护电路，

9脚外接RC网络，如图11-23所示的参数决定斩波频率约为25kHz。从斩波控制图可见，当V高电平时，只是高侧开关(V)斩波，V₂是维持导通的，线圈的续流路径是VD₂一线圈-V₂一地，相当于通过线圈短路方式续流。当Vn变为零时，V,和V₂截止，线圈续流路径变为地-VD₂一线圈-VD₁-Vs,线圈电磁能

量向电源释放，电流衰减比前一方式要快得多。这就是采用这种有高低侧两个开关的线圈驱动器比只有一个开关优越之处，参见图11-24。

L295的过热保护是当芯片温度超过150℃时，将开关关断，由于滞环电路作用，温度下降至130℃左右，恢复正常状态。

L295可用于各种感性线圈控制，如阀门的螺线管，打印机打印头，步进电动机和直流电动机的驱动。利用对VREP双电平控制，可以先用较高起动电流加速阀门起动，再以较低电流维持。图11-25给出四相步进电机单极性驱动的连接图。利用VREr也可用作步进电动机不同运转速度下选择不同幅值电流。在该坐标的步进电动机无指令脉冲而不运动时，可采用较低维持电流。L295也可以改变接法得到H桥驱动方式。

见图11-26点划线框内。只需外加少量外围元件即可构成一个完整的三相无刷直流电动机调速驱动系统，使体积和成本大幅度降低，甚至可以直接安装到电动机内部组成一体化部件。该芯片采用基于硅直接接合技术的隔离方法，使高电压功率级与低电压控制级间耐压达800V以上。为高侧IGBT栅极驱动设置了电平转换电路和自举电路，外接自举电容C推荐值为lμF。保护电路包括欠电压、过热和过电流保护。电动机采用PWM速度控制，调制频率为16kHz。由于功率级耐压为500V以上，不必使用变压器，从单相电网直接整流后向本电路供电。再用一个低压12V直流电源，经内部5V电源稳压后，向逻辑控制部分供电，以降低损耗。日立公司于1994年也相继推出550V、1A相似功能的单片三相逆变器集成电路。

为满足更大功率驱动要求，近年一些公司开发了“智能功率模块”(IPM)。这种新型电力电子器件，将功率变换、栅极驱动和保护电路集为一体，不同于一般功率模块。例如，日本三菱电机公司的PM50RHA120智能功率模块，由IGBT功率开关构成三相逆变部分和再生制动部分，它们的栅极驱动电路和保护电路已集成化。保护包括驱动欠电压、开关过电流、桥臂短路及过热等系统保护功能。使用时只需用少量连线，提供控制部分的电源，输入相应开关量控制信号即可。大大减少了系统设计时间，提高了系统抗干扰能力和可靠性。该IPM耐压为1200V,额定工作电流为50A,开关时间ton=2μs,toff=3.Sμs。它可用于开关频率为20kHz以上、7.5kVA(5.5kW)三相交流电动机变频调速控制。图11-27给出了含制动电路的IPM原理框图。

(1)采用低饱和压降、高开关速度、内设低损耗电流传感器的IGBT功率器件。该电流传感器是射极分流式，采样电阻上流过的电流很小，但与开关流过的大电流成确定比例关系，从而可代替一般要外接的电流互感器、霍尔电流传感器等检测元件。

(2)采用单电源、逻辑电平输入、优化的栅极驱动。实行RTC(实时逻辑栅压控制)模式，以严密的时序逻辑，对过电流、短路、过热、欠电压等故障进行总监控保护。光耦合输入、带RC信号干扰抑制和电源干扰抑制。

(3)提供系统故障输出，向系统控制器提供报警信号。对输出三相故障，如桥臂直通、三相短路、对地短路故障也提供良好保护。

该公司智能功率模块已有完整系列，电压有600V和1200V两个等级，电流包括10～600A多种规格，其技术数据见表11-12。

表11-12三菱电机公司IPM系列主要数据