富士R 系列IGBT-IPM 使用说明书.pdf

富士富士 R 系列系列 IGBT IPM 使用说明书使用说明书 1 1IGBT 特点 IGBT 特点 1 1 1 1 第 1 章 第 1 章 2 2 R IPM 的特性 R IPM 的特性 1 1 1 1 3 3 型号 批号及其意义 型号 批号及其意义 1 2 1 2 4 4 系列总汇 系列总汇 1 2 1 2 特点特点 1 框图标号 框图标号 2 1 2 1 第第 2 章章 2 端子标号 端子标号 2 1 2 1 3 性能术语 性能术语 2 2 2 2 端子记号和术语说明端子记号和术语说明 1内置电气功能 内置电气功能 3 1 3 1 第第 3 章章 2 功能详述 功能详述 3 1 3 1 3 动作时序图 动作时序图 3 3 3 3 功能说明功能说明 1整体电路 整体电路 4 1 4 1 第第 4 章章 2 注意事项 注意事项 4 1 4 1 3 光耦外围电路 光耦外围电路 4 4 4 4 4连接器 连接器 4 4 4 4 应用电路例应用电路例 第第 5 章章 1 散热器的选定 散热器的选定 5 1 5 1 2 散热器选定的注意事项 散热器选定的注意事项 5 1 5 1 散热设计散热设计 1主电源 d cc 主电源 d cc 6 1 6 1 第第 6 章章 2 控制电源 控制电源 6 1 6 1 3 保护动作 保护动作 6 2 6 2 4 可靠性 可靠性 6 3 6 3 5 其他问题 其他问题 6 4 6 4 使用注意事项使用注意事项 富士富士 R 系列系列 IGBT IPM 使用说明书使用说明书 第第 1 章章 特点特点 1 IGBT IPM的特点的特点 IPM 智能功率模块 与过去的 智能功率模块 与过去的 IGBT 模块和驱动电路的组合电路相比 有如下特点 模块和驱动电路的组合电路相比 有如下特点 1 1 驱动电路内置驱动电路内置 在最佳设定条件下 驱动在最佳设定条件下 驱动 IGBT 驱动电路驱动电路 IGBT 间的连线缩短 驱动回路的阻抗变低 所以无须反向偏置电源 间的连线缩短 驱动回路的阻抗变低 所以无须反向偏置电源 总共需总共需 4 路电源 上臂侧路电源 上臂侧 3 路独立 下臂侧路独立 下臂侧 1 路公用 路公用 1 2 内置保护电路内置保护电路 过流保护 过流保护 OC 短路保护 短路保护 SC 控制电源欠压保护 控制电源欠压保护 UV 过热保护 过热保护 OH 及报警输 出 及报警输 出 ALM 均为 均为 内置 内置 OC SC 保护能防止因过电流 负载短路导致保护能防止因过电流 负载短路导致 IGBT 的损坏 由于对每个的损坏 由于对每个 IGBT 的集电极电流 进行检测 所以无论 的集电极电流 进行检测 所以无论 哪个哪个 IGBT 发生异常都可保护 尤其桥臂短路也可保护 由于每个发生异常都可保护 尤其桥臂短路也可保护 由于每个 IGBT 均有内置的电流检测 无须另加检测元件 均有内置的电流检测 无须另加检测元件 UV 保护对驱动电源欠压起保护作用 整个驱动电路内置 保护对驱动电源欠压起保护作用 整个驱动电路内置 OH 保护能防止保护能防止 IGBT FWD 过热 在过热 在 IPM 内部的绝缘基板上装有温度检测元件 可以检测基 板温度 管壳温度 内部的绝缘基板上装有温度检测元件 可以检测基 板温度 管壳温度 过过 热保护热保护 TcOH R 系列系列 IPM IGBT 管芯内设有温度检测元件 对于芯片的异常发热 管芯内设有温度检测元件 对于芯片的异常发热 OH 保护可快速动作 管 芯温度过热保护 保护可快速动作 管 芯温度过热保护 TjOH 与与 TcOH 相比 相比 TjOH 对于对于 IGBT 管芯异常发热的保护动作时间更短 管芯异常发热的保护动作时间更短 ALM 为保护动作时的报警输出 当为保护动作时的报警输出 当 TcOH 及下臂及下臂 OC SC UV TjOH 某些动作时 向某些动作时 向 IPM 的控制器发出报警 异常信号 随之停止系统的工作 的控制器发出报警 异常信号 随之停止系统的工作 1 3 制动电路内置的七合一制动电路内置的七合一 IPM 增加耗能制动电阻可容易地构成制动回路 增加耗能制动电阻可容易地构成制动回路 与逆变部分相同 也将驱动电路 保护电路内置 与逆变部分相同 也将驱动电路 保护电路内置 1 4 结构特点结构特点 由于用陶瓷基板作绝缘构造 基板可直接安装在冷却体 散热器 上 散热性能良好 由于用陶瓷基板作绝缘构造 基板可直接安装在冷却体 散热器 上 散热性能良好 控制输入出端子为控制输入出端子为 2 54mm 的标准间距的单排封装 可以用一个通用的连接器连接 因有导向插 针 容易插入印刷电路版用连接器 的标准间距的单排封装 可以用一个通用的连接器连接 因有导向插 针 容易插入印刷电路版用连接器 封装构造 主电源输入 封装构造 主电源输入 P N 制动输出 制动输出 B 及输出端子 及输出端子 U V W 分别就近配置 主 配线容易连接 分别就近配置 主 配线容易连接 主端子用主端子用 M5 螺钉 可实现电流传输 螺钉 可实现电流传输 固定用螺钉与主端子相同也为固定用螺钉与主端子相同也为 M5 电气连接使用螺钉和连接器 无须焊接 拆卸容易 电气连接使用螺钉和连接器 无须焊接 拆卸容易 富士富士 R 系列系列 IGBT IPM 使用说明书使用说明书 2 R IPM 的特点的特点 2 1 与与 N 系列系列 IGBT IPM 具有同等的电气特性具有同等的电气特性 采用软开关 具有低浪涌 低噪声的特性 容易符合采用软开关 具有低浪涌 低噪声的特性 容易符合 EMC 要求 要求 VCE sat 及开关损耗综合改善 降低总损耗 及开关损耗综合改善 降低总损耗 2 2 高可靠性高可靠性 与过去的品种 与过去的品种 J IPM N IPM 相比 大幅度减少内部元件数 提高了整体可靠性 相比 大幅度减少内部元件数 提高了整体可靠性 采用采用 IGBT 管芯过热保护 防止因管芯异常发热而引起的损坏 管芯过热保护 防止因管芯异常发热而引起的损坏 2 3 封装的互换性封装的互换性 中容量系列中容量系列 600V 系列系列 50A 150A 1200V 系列系列 25A 75A 6 封装 封装 7 封装 主端子 控制端子 安装孔位置等与以往型号 封装 主端子 控制端子 安装孔位置等与以往型号 J IPM N IPM 可以互换 可以互换 大容量系列大容量系列 600V 系列系列 200A 300A 1200V 系列系列 100A 150A 6 封装 封装 7 封装 与封装 与 J IPM 的主 端子 安装孔位置可以互换 的主 端子 安装孔位置可以互换 控制端子与控制端子与 600V 150A 以下的封装相同 可对应一种连接器 带制动器 以下的封装相同 可对应一种连接器 带制动器 7 封装 的型号 正在进行排序 封装 的型号 正在进行排序 与以往的型号相比 封装高度降低 在维持互换性的同时 持续进行小型化工作 与以往的型号相比 封装高度降低 在维持互换性的同时 持续进行小型化工作 3 型式型式 批号的意义批号的意义 型式型式 批号批号 例如 例如 8 1 01 8 生产年 生产年 8 表示表示 1998 年生产年生产 1 生产月 生产月 1 9 表示表示 1 月月 9 月 月 O 10 月 月 N 11 月 月 D 12 月月 4 R系列系列IPM总汇总汇 富士富士 R 系列系列 IGBT IPM 使用说明书使用说明书 额定电流额定电流 型号型号 封装封装 Vces 有无制动有无制动 逆变器逆变器 制动器制动器 7MBP50RA060 50A 30A 7MBP75RA060 P610 75A 50A 7MBP100RA060 100A 50A 7MBP150RA060 P611 150A 50A 7MBP200RA060 200A 75A 7MBP300RA060 P612 有有 300A 100A 6MBP50RA060 50A 6MBP75RA060 P610 75A 6MBP100RA060 100A 6MBP150RA060 P611 150A 6MBP200RA060 200A 6MBP300RA060 P612 600V 无无 300A 无无 7MBP25RA120 P610 25A 15A 7MBP50RA120 50A 25A 7MBP75RA120 P611 75A 25A 7MBP100RA120 100A 50A 7MBP150RA120 P612 有有 150A 50A 6MBP25RA120 P610 25A 6MBP50RA120 50A 6MBP75RA120 P611 75A 6MBP100RA120 100A 6MBP150RA120 P612 1200V 无无 150A 无无 第第 2 章章 端子记号端子记号 术语说明术语说明 1 方块图标号 方块图标号 标号标号 内容内容 Vz 决定控制输入信号决定控制输入信号 H OFF 时 的电平 为入端齐纳二极管的电压时 的电平 为入端齐纳二极管的电压 VZ 其值见电气特性表 其值见电气特性表 RALM 报警输出时 该电阻决定光耦的输入电流 当报警输出时 该电阻决定光耦的输入电流 当 VCC 15V 时 约时 约 10mA 其值见电气特性表 其值见电气特性表 2 端子标号端子标号 端子标号端子标号 内内 容容 P N 变频器的整流变换平滑滤波后的主电源变频器的整流变换平滑滤波后的主电源 Vd 的输入端子的输入端子 P 端端 N 端端 B 制动输出端子 减速时再生制动电阻电流的输出端子 制动输出端子 减速时再生制动电阻电流的输出端子 U V 变频器变频器 3 相输出端子相输出端子 富士富士 R 系列系列 IGBT IPM 使用说明书使用说明书 W GND U Vcc U U 相上臂控制电源相上臂控制电源 VCC输入输入 VCC U 端 端 GND U 端端 GND V Vcc V V 相上臂控制电源相上臂控制电源 VCC输入输入 VCC V 端 端 GND V 端端 GND W Vcc W W 相上臂控制电源相上臂控制电源 VCC输入输入 VCC W 端 端 GND W 端端 GND Vcc 下臂公用控制电源下臂公用控制电源 VCC输入输入 VCC 端 端 GND 端端 Vin U 上桥臂上桥臂 U 相控制信号输入端相控制信号输入端 Vin V 上桥臂上桥臂 V 相控制信号输入端相控制信号输入端 Vin W 上桥臂上桥臂 W 相控制信号输入端相控制信号输入端 Vin X 下桥臂下桥臂 X 相控制信号输入端相控制信号输入端 Vin Y 下桥臂下桥臂 Y 相控制信号输入端相控制信号输入端 Vin Z 下桥臂下桥臂 Z 相控制信号输入端相控制信号输入端 Vin DB 下桥臂制动单元控制信号输入端下桥臂制动单元控制信号输入端 ALM 保护电路动作时的报警信号输出保护电路动作时的报警信号输出 3 性能术语 3 性能术语 术术 语语 标标 号号 内内 容容 电源电压电源电压 VDC PN 端子间可施加的直流电源电压端子间可施加的直流电源电压 电源电压电源电压 浪涌 浪涌 VDC SURGE 由于开关作用 在由于开关作用 在 PN 端子间产生的浪涌电压峰值端子间产生的浪涌电压峰值 电源电压电源电压 短路时 短路时 VSC 可进行短路 过电流保护的可进行短路 过电流保护的 PN 端子间直流电源电压端子间直流电源电压 集电极 集电极 发射极间电压发射极间电压 Vces 内置内置 IGBT 的集电极的集电极 发射极间最大电压及发射极间最大电压及 FWD 的从复峰值反向电压 制动 部分仅对 的从复峰值反向电压 制动 部分仅对 IGBT 而言 而言 反向电压反向电压 VR 制动单元制动单元 FRD 从复峰值反向电压从复峰值反向电压 Ic IGBT 容许的最大集电极电流容许的最大集电极电流 Icp IGBT 容许的最大集电极脉冲电流容许的最大集电极脉冲电流 集电极电流集电极电流 Ic FWD 容许的最大直流电流容许的最大直流电流 FWD 正向电流正向电流 IF 制动单元制动单元 FRD 容许的最大正向直流电流容许的最大正向直流电流 集电极损耗集电极损耗 Pc IGBT 芯片芯片 1 个元件容许的最大功率损耗个元件容许的最大功率损耗 管芯结温管芯结温 Tj IGBT FWD 可连续工作的芯片结部最高温度可连续工作的芯片结部最高温度 控制电源电压控制电源电压 Vcc 各各 GND Vcc 端子间可加载的电压端子间可加载的电压 输入电压输入电压 Vin 各各 GND Vin 端子间可加载的电压端子间可加载的电压 输入电流输入电流 Iin 各各 GND Vin 端子间能流过的电流端子间能流过的电流 报警工作电压报警工作电压 VALM GND ALM 端子间所加的电压端子间所加的电压 报警输出电流报警输出电流 IALM GND ALM 端子间流过的电流端子间流过的电流 保存温度保存温度 Tstg 不工作时 保存及运输中的环境温度 不工作时 保存及运输中的环境温度 工作时外壳温度工作时外壳温度 TOP 正常工作的管壳温度范围 管壳温度正常工作的管壳温度范围 管壳温度 TC测试见图测试见图 1 富士富士 R 系列系列 IGBT IPM 使用说明书使用说明书 绝缘电压绝缘电压 Viso 所有端子短路 在其上与散热器间所加正弦电压的最大有效值 所有端子短路 在其上与散热器间所加正弦电压的最大有效值 集电极发射极间集电极发射极间 截止电流截止电流 ICES 全部输入为全部输入为 H VZ IGBT 的集射间加上指定电压时的集电极电流 的集射间加上指定电压时的集电极电流 集电极发射极间集电极发射极间 饱和压降饱和压降 VCE sat 被测单元输入为被测单元输入为 L 0V 其它单元输入为 其它单元输入为 H VZ 额定集电极电流时 集射间的电压 额定集电极电流时 集射间的电压 二极管正向电压二极管正向电压 VF 全部输入为全部输入为 H VZ 时 额定正向电流时的电压 时 额定正向电流时的电压 P 侧电路消耗电流侧电路消耗电流 ICCP P 侧 上臂 控制电源各侧 上臂 控制电源各 GND VCC间的电流 间的电流 N 侧电路消耗电流侧电路消耗电流 ICCN N 侧 下臂 控制电源各侧 下臂 控制电源各 GND VCC间的电流 间的电流 Vin ON IGBT 从截止到导通时的控制信号电压 从截止到导通时的控制信号电压 输入阀值电压输入阀值电压 Vin OFF IGBT 从导通到截止时的控制信号电压 从导通到截止时的控制信号电压 箝位电压箝位电压 Vz 各各 GND VIN间控制信号为间控制信号为 OFF 时 时 GND VIN间的箝位电压 间的箝位电压 TC过热保护动作温 度 过热保护动作温 度 TCOH 管壳温度管壳温度 TC 过热保护动作温度 过热保护动作温度 TC温度滞环温度滞环 TCH TCOH 动作后 动作后 TC下降到正常时的管壳温度与下降到正常时的管壳温度与 TCOH 之差 之差 Tj过热保护动作温 度 过热保护动作温 度 TjOH IGBT 管芯结温管芯结温 Tj 过热保护动作温度 过热保护动作温度 滞环温度滞环温度 TjH TjOH 动作后 动作后 Tj 下降到正常时的结温与下降到正常时的结温与 TjOH 之差 之差 过电流保护动作电 流 过电流保护动作电 流 Ioc 过电流保护 过电流保护 OC 动作时的 动作时的 IGBT 集电极 集电极 过电流关断延迟时 间 过电流关断延迟时 间 tDOC 见图二见图二 控制电压不足动作 电压 控制电压不足动作 电压 VUV 控制电源电压不足保护 控制电源电压不足保护 UV 动作时的 动作时的 VCC 欠压保护滞环欠压保护滞环 VH UV 动作后动作后 VCC上升到正常时的值与上升到正常时的值与 VUV 之差 之差 报警输出保持时间报警输出保持时间 tALM N 侧保护功能动作到侧保护功能动作到 ALM 端子输出报警之间的时间 端子输出报警之间的时间 短路保护滞后时间短路保护滞后时间 tsc 见图见图 3 报警输出阻抗报警输出阻抗 RALM ALM 输出光耦一次侧内置输入限流电阻之值 输出光耦一次侧内置输入限流电阻之值 ton toff tf 开关时间开关时间 trr 见图见图 4 管芯与管壳间热阻管芯与管壳间热阻 Rth j c IGBT FWD 管芯与管壳间热阻 管芯与管壳间热阻 管壳与散热器间热 阻 管壳与散热器间热 阻 Rth c f 采用热复合材料并在推荐的紧固力矩下安装散热器时 管壳与散热器间的热 阻 采用热复合材料并在推荐的紧固力矩下安装散热器时 管壳与散热器间的热 阻 连接部安装力矩连接部安装力矩 连接连接 IPM 与散热器的螺丝的紧固力矩 与散热器的螺丝的紧固力矩 电气端子安装力矩电气端子安装力矩 连接主电路端子的螺丝的紧固力矩 连接主电路端子的螺丝的紧固力矩 重量重量 IPM 单体的质量 单体的质量 IPM 开关频率开关频率 fSW 控制端子可输入的控制信号频率范围 控制端子可输入的控制信号频率范围 反向恢复电流反向恢复电流 Irr 见图见图 4 反向偏压安全工作 区 反向偏压安全工作 区 RBSOA 在额定的关断条件下 在额定的关断条件下 IGBT 能可靠关断的电压电流区域能可靠关断的电压电流区域 富士富士 R 系列系列 IGBT IPM 使用说明书使用说明书 Eon 导通时的导通时的 IGBT 开关损耗 开关损耗 Eoff 关断时的关断时的 IGBT 开关损耗 开关损耗 开关损耗开关损耗 Err 反向恢复时的反向恢复时的 FWD 开关损耗 开关损耗 图图 1 Tc 检测点检测点 图图 2 过流保护延迟时间 过流保护延迟时间 tDOC 图图 3 短路保护延迟时间 短路保护延迟时间 tSC 图图 4 开关时间开关时间 富士富士 R 系列系列 IGBT IPM 使用说明书使用说明书 第 3 章 功能说明 第 3 章 功能说明 1 内置电气功能综述 内置电气功能综述 1 3 相变频器用相变频器用 IGBT FWD 2 制动用制动用 IGBT FRD 6MBP RA060无内置制动器 无内置制动器 B 端子内部无连接 端子内部无连接 3 全部全部 IGBT 驱动功能 驱动功能 7MBP RA060制动部分驱动功能内置 制动部分驱动功能内置 4 全部全部 IGBT 的过流保护功能 的过流保护功能 OC 5 全部全部 IGBT 的短路保护功能 的短路保护功能 SC 6 全部全部 IGBT 驱动电路的控制电源欠压保护功能 驱动电路的控制电源欠压保护功能 UV 7 全部全部 IGBT 管芯过热保护功能 管芯过热保护功能 TjOH 8 安装全部安装全部 IGBT FWD 的绝缘基板的温度过热保护功能 的绝缘基板的温度过热保护功能 TcOH 9 N 线侧线侧 OC SC UV TjOH 及及 TcOH 动作时 保护作用开始后 报警输出功能 动作时 保护作用开始后 报警输出功能 ALM 2 功能详述 功能详述 2 1 3 相变频器用相变频器用 IGBT FWD 如图如图 5 所示 将所示 将 3 相变频器用相变频器用 IGBT FWD 内置 在内置 在 IPM 内部有内部有 3 相连线 一旦在相连线 一旦在 P N 端子上接 上主电源 在 端子上接 上主电源 在 U V W 端子上接上端子上接上 3 相输出线 主配线及告完成 为抑制浪涌电压请安装浪涌吸收器 相输出线 主配线及告完成 为抑制浪涌电压请安装浪涌吸收器 SNUBBER 2 2 制动用制动用 IGBT FRD 如图如图 5 所示 在制动单元中使用的所示 在制动单元中使用的 IGBT FRD 为内置 在为内置 在 B 端子进行内部连接 将制动电阻接到端子进行内部连接 将制动电阻接到 B 端子控制制动用端子控制制动用 IGBT 消耗减速时的回馈能量 以抑制 消耗减速时的回馈能量 以抑制 PN 间主电压的高升 间主电压的高升 2 3 IGBT 的驱动功能的驱动功能 全部全部 IGBT 的驱动功能为内置 本驱动电路具有如下特点 的驱动功能为内置 本驱动电路具有如下特点 软开关软开关 分别使用单独门极电阻分别使用单独门极电阻 根据驱动元件的特性根据驱动元件的特性 可独立地控制各自的开关可独立地控制各自的开关 dv dt 单电源驱动无须反偏电源单电源驱动无须反偏电源 由于驱动电路与由于驱动电路与 IPM 间的连线缩短间的连线缩短 布线阻抗变小布线阻抗变小 无反偏电源 也能正常驱动 下臂侧控制地 无反偏电源 也能正常驱动 下臂侧控制地 GND 公用 仅需公用 仅需 1 组驱动电源 总共需组驱动电源 总共需 4 组独立驱动电 源 组独立驱动电 源 误导通防止误导通防止 关断时 由于设计为低阻抗接地方式 防止因噪声等使关断时 由于设计为低阻抗接地方式 防止因噪声等使 VGE 升高而产生的误 导通 升高而产生的误 导通 2 4 过电流保护功能 过电流保护功能 OC IGBT 的过电流保护 检测出集电极电流 如在的过电流保护 检测出集电极电流 如在 6 8 S tDOC 的时间内连续超过 的时间内连续超过 Ioc 则软关断 则软关断 IGBT 但是 如在不到 但是 如在不到 tDOC 的时间内 电流已下降到的时间内 电流已下降到 Ioc 以下时 或在以下时 或在 tDOC 时间内有时间内有 OFF 关断信 号输入时 关断信 号输入时 OC 保护功能就不动作 保护功能就不动作 另外 关断期间另外 关断期间 OC SC 都不动作 都不动作 包括制动单元的全部包括制动单元的全部 IGBT 都有都有 OC 保护功能保护功能 检测部分功耗小检测部分功耗小 IGBT 管芯内置电流传感器的管芯内置电流传感器的 IGBT 流过的检测电流 与主流过的检测电流 与主 IGBT 的的 Ic 相比非常小 与取样电阻的损耗相比 其检测损耗也能做到很小 相比非常小 与取样电阻的损耗相比 其检测损耗也能做到很小 富士富士 R 系列系列 IGBT IPM 使用说明书使用说明书 内置防止误动作闭锁功能 内置防止误动作闭锁功能 UV OH 公用 公用 全部全部 IGBT 的的 OC 保护功能 闭锁时间约持续保护功能 闭锁时间约持续 2ms 保护动作闭锁期间 即使有 保护动作闭锁期间 即使有 ON 输 入 输 入 IGBT 也不动作 也不动作 尤其是下桥臂 包括制动单元的各相尤其是下桥臂 包括制动单元的各相 ALM 间相互连接 下桥臂 侧保护动作 下侧各 间相互连接 下桥臂 侧保护动作 下侧各 IGBT 在闭锁期间均停止工作 在闭锁期间均停止工作 软关断 软关断 UV OH 公用 公用 在保护动作时 因在保护动作时 因 IGBT 软关断 关断时的软关断 关断时的 dv dt 较小 浪涌电 压可抑制在较低水平 较小 浪涌电 压可抑制在较低水平 动作延迟时间 保护不动作时间 动作延迟时间 保护不动作时间 如电流超越如电流超越 Ioc 的持续时间不到的持续时间不到 tDOC 则保护动作不起 作用 因此瞬间过电流及噪声不会导致误动作 则保护动作不起 作用 因此瞬间过电流及噪声不会导致误动作 2 5 短路保护功能 短路保护功能 SC OC 保护功能动作时 保护功能动作时 SC 保护将联动 能抑制因负载短路及桥臂短路的峰值电流 保护将联动 能抑制因负载短路及桥臂短路的峰值电流 2 6 控制电压低下保护功能 控制电压低下保护功能 UV UV 保护功能 当控制电源电压保护功能 当控制电源电压 Vcc 下降到下降到 VUV 时 如输入信号为时 如输入信号为 ON 则 则 IGBT 软关断 软关断 此外 因 此外 因 UV 采用滞环设计 当采用滞环设计 当 Vcc 恢复至恢复至 VUV VH 时 如输入信号为时 如输入信号为 OFF 则解除 则解除 ALM 报警 报警 2 7 管壳温度过热保护 管壳温度过热保护 TcOH 采用与采用与 IGBT FWD 管芯装在同一陶瓷基板上测温元件检测基板温度 当检出温度超越保护温度值 管芯装在同一陶瓷基板上测温元件检测基板温度 当检出温度超越保护温度值 TcOH 持续一段时间 约 持续一段时间 约 1ms 后 后 TcOH 过热保护动作 此时 若下桥臂侧过热保护动作 此时 若下桥臂侧 IGBT 的输入信号为的输入信号为 ON 时 将被软关断 在时 将被软关断 在 2ms 闭锁期间停止工作 闭锁期间停止工作 OH 滞环滞环 为防止产生振荡为防止产生振荡 TcOH 也设置了滞环也设置了滞环 TcH TcOH 动作动作 2ms 后 管壳温度后 管壳温度 Tc 下降到下降到 TcOH TCH 后 保护动作解除 后 保护动作解除 保护动作延迟时间保护动作延迟时间 为防止噪声引起的误动作 如管温超过为防止噪声引起的误动作 如管温超过 TcOH 的持续时间不大于的持续时间不大于 1ms tDOH 则过热 保护不动作 则过热 保护不动作 2 8 管芯温度过热保护功能 管芯温度过热保护功能 TjOH 采用与采用与 IGBT 管芯在一起的测温元件检测管芯在一起的测温元件检测 IGBT 管芯温度 当检出温度超越保护温度值 管芯温度 当检出温度超越保护温度值 TjOH 持 续一段时间 约 持 续一段时间 约 1ms 后 后 TjOH 过热保护动作 此时 若过热保护动作 此时 若 IGBT 的输入信号为的输入信号为 ON 时 将被软关断 在 时 将被软关断 在 2ms 闭锁期间停止工作 闭锁期间停止工作 OH 滞环滞环 为防止产生振荡为防止产生振荡 TjOH 也设置了滞环也设置了滞环 TjH TjOH 动作动作 2ms 后 管芯温度后 管芯温度 Tj 下降到下降到 TjOH TjH 后 保护动作解除 后 保护动作解除 保护动作延迟时间保护动作延迟时间 为防止噪声引起的误动作 如结温超过为防止噪声引起的误动作 如结温超过 TjOH 的持续时间不大于的持续时间不大于 1ms tDOH 则过热保 护不动作 则过热保 护不动作 2 9 报警输出功能 报警输出功能 ALM 下臂侧下臂侧 OC UV TjOH 及及 TcOH 各保护动作的闭锁期间 输出报警信号 如各保护动作的闭锁期间 输出报警信号 如 Vin 为为 ON 状态 即 使闭锁期间已结束 报警及保护功能也不复位 等到 状态 即 使闭锁期间已结束 报警及保护功能也不复位 等到 Vin 变为变为 OFF 时 报警及保护才复位 时 报警及保护才复位 富士富士 R 系列系列 IGBT IPM 使用说明书使用说明书 上桥臂上桥臂 上桥臂上桥臂 OC UV TjOH 保护功能动作时 没有报警输出 经过保护功能动作时 没有报警输出 经过 2ms 的闭锁期后 如输 入信号为 的闭锁期后 如输 入信号为 OFF 则保护动作解除 则保护动作解除 下桥臂的报警输出相互连接下桥臂的报警输出相互连接 因包括制动单元的下臂侧所有驱动电路的报警端子连在一起 报警输出时所有因包括制动单元的下臂侧所有驱动电路的报警端子连在一起 报警输出时所有 IGBT 都 停止 经过 都 停止 经过 2ms 的闭锁期后 如输入信号为的闭锁期后 如输入信号为 OFF 则保护动作解除 则保护动作解除 2 10 IPM 内部方框图内部方框图 图图 5 IPM 内部方框图 内置制动单元 内部方框图 内置制动单元 图图 6 IPM 内部方框图 无制动单元 内部方框图 无制动单元 前置驱动前置驱动 Pre drives 包括下列功能包括下列功能 1 驱动放大器驱动放大器 2 短路保护短路保护 3 欠压闭锁欠压闭锁 4 过流保护过流保护 5 管芯过热保护管芯过热保护 7 图图 5 IPM 内部方框图 内置制动单元 内部方框图 内置制动单元 富士富士 R 系列系列 IGBT IPM 使用说明书使用说明书 图图 6 IPM 内部方框图 无制动单元 内部方框图 无制动单元 3 动作时序图 动作时序图 保护功能动作时序图保护功能动作时序图 3 1 控制电源欠压保护 控制电源欠压保护 UV 1 Vcc 上电时电压低于上电时电压低于 VUV VH 时报警输出 时报警输出 Vin 为为 OFF 时 时 Vcc 低于低于 VUV 的时间小于的时间小于 5 S 时 保护不动作 时 保护不动作 Vin 为为 OFF 时 时 Vcc 低于低于 VUV 的时间的时间 5 S 后 报警输出 后 报警输出 IGBT 维持维持 OFF 状态 上臂则不输出报警 状态 上臂则不输出报警 在报警持续达在报警持续达 tALM 前 前 Vcc 恢复到恢复到 VUV VH Vin 为为 OFF 时 到达时 到达 tALM 时 保护及报警复位 时 保护及报警复位 Vin 为为 ON 时 时 Vcc 低于低于 VUV 的时间小于的时间小于 5 S 时 保护不动作 时 保护不动作 Vin 为为 ON 时 时 Vcc 低于低于 VUV 的时间的时间 5 S 后 报警输出 后 报警输出 IGBT 软关断 上臂则不输出报警 软关断 上臂则不输出报警 在报警持续达在报警持续达 tALM 前 前 Vcc 恢复到恢复到 VUV VH Vin 为为 OFF 时 到达时 到达 tALM 时 保护及报警复位 时 保护及报警复位 富士富士 R 系列系列 IGBT IPM 使用说明书使用说明书 Vcc 停电时 电压降至停电时 电压降至 VUV 时 报警输出 时 报警输出 3 2 控制电源欠压保护 控制电源欠压保护 UV 2 Vcc 上电时电压低于上电时电压低于 VUV VH 时报警输出直至时报警输出直至 Vin 变为变为 OFF 时为止 时为止 如如 Vin 为为 OFF Vcc 经过经过 tALM 之后恢复到之后恢复到 VUV VH 时 保护与报警复位 时 保护与报警复位 如如 Vin 为为 ON Vin 在在 tALM 之前恢复到之前恢复到 VUV VH 即使到了 即使到了 tALM 时 保护也不复位 时 保护也不复位 直至直至 Vin 变为变为 OFF 时才使保护及报警复位 时才使保护及报警复位 Vcc 掉电掉电 Vin 为为 ON 时 电压低至时 电压低至 VUV 以下时 输出报警 以下时 输出报警 IGBT 软关断 软关断 3 3 过电流保护 过电流保护 OC 当当 Ic 超过超过 Ioc 延续延续 tDOC 后 输出报警 后 输出报警 IGBT 软关断 但上臂侧则不报警 软关断 但上臂侧则不报警 报警持续报警持续 tALM 后 如后 如 Vin 为为 OFF 则 则 OC 保护及报警都复位 保护及报警都复位 当当 Ic 超过超过 Ioc 延续延续 tDOC 后 输出报警 后 输出报警 IGBT 软关断 但上臂侧则不报警 软关断 但上臂侧则不报警 报警持续报警持续 tALM 后 如后 如 Vin 为为 ON 则 则 OC 保护不复位 直至保护不复位 直至 Vin 变为变为 OFF 时时 OC 及报警才复位 及报警才复位 当当 Ic 超过超过 Ioc 后 在后 在 tALM 之前之前 Vin 变为变为 OFF 则保护不动作 则保护不动作 IGBT 按常态关断 按常态关断 富士富士 R 系列系列 IGBT IPM 使用说明书使用说明书 当当 Ic 超过超过 Ioc 后 在后 在 tALM 之前之前 Vin 变为变为 OFF 则保护不动作 则保护不动作 IGBT 按常态关断 按常态关断 3 4 短路保护 短路保护 SC 当当 Ic 开始流动后 因负载短路 一旦开始流动后 因负载短路 一旦 Ic 超过超过 Isc 的瞬间将抑制电流峰值 延续的瞬间将抑制电流峰值 延续 tDOC 后 输出报警 后 输出报警 IGBT 软软 关断 但上臂侧时则不报警 关断 但上臂侧时则不报警 延续延续 tALM 时间后 时间后 Vin 为为 OFF 时 时 OC 保护与报警同时复位 保护与报警同时复位 当当 Ic 开始流动时负载短路 超过开始流动时负载短路 超过 Isc 的瞬间 峰值被抑制 延续的瞬间 峰值被抑制 延续 tDOC 后 输出报警 后 输出报警 IGBT 软关断 但上臂侧时则软关断 但上臂侧时则 不 报警 不 报警 延续延续 tALM 时间后 时间后 Vin 为为 ON 时 时 OC 保护持续有效 直至保护持续有效 直至 Vin 变为变为 OFF 时时 OC 保护与报警同时复位 保护与报警同时复位 当当 Ic 流动后 负载短路 超过流动后 负载短路 超过 Isc 的瞬间 峰值被抑制 在的瞬间 峰值被抑制 在 tDOC 之前之前 Vin 为为 OFF 则保护不动作 则保护不动作 IGBT 软关断 软关断 当当 Ic 流动时负载短路 超过流动时负载短路 超过 Isc 的瞬间 峰值被抑制 在的瞬间 峰值被抑制 在 tDOC 之前之前 Vin 为为 OFF 则保护不动作 则保护不动作 IGBT 软关断 软关断 3 5 管壳温度过热保护管壳温度过热保护 管壳温度管壳温度 Tc 超过超过 TcOH 持续持续 1ms 时 输出报警 当时 输出报警 当 Vin 为为 ON 时 下臂侧时 下臂侧 IGBT 软关断 软关断 报警持续到报警持续到 tALM 之前 之前 Tc 恢复到恢复到 TcOH TcH 以下 则在以下 则在 tALM 时报警复位 时报警复位 管壳温度管壳温度 Tc 超过超过 TcOH 持续持续 1ms 时 输出报警 当时 输出报警 当 Vin 为为 OFF 时 时 富士富士 R 系列系列 IGBT IPM 使用说明书使用说明书 持续到持续到 tALM 时 时 Tc 未降到未降到 TcOH TcH 以下 维持报警直至降到以下 维持报警直至降到 TcOH TcH 以下时复位报警信号 以下时复位报警信号 3 6 IGBT 管芯过热保护 管芯过热保护 TjOH 1 IGBT 管芯温度管芯温度 Tj 超过超过 TjOH 持续持续 1ms 时 输出报警 时 输出报警 IGBT 软关断 如上臂侧则不报警 软关断 如上臂侧则不报警 报警持续到报警持续到 tALM 之前 之前 Tj 恢复到恢复到 TjOH TcH 以下 则在以下 则在 tALM 时保护及报警复位 时保护及报警复位 Tj 超过超过 TjOH 持续持续 1ms 时 输出报警 当时 输出报警 当 Vin 为为 OFF 时 保持该时 保持该 OFF 状态 如为上臂侧则不报警 状态 如为上臂侧则不报警 持续持续 tALM 以后 以后 Tj 降到降到 TjOH TjH 以下时 当以下时 当 Vin 为为 OFF 时 时 OH 保护及报警都复位 保护及报警都复位 3 7 IGBT 管芯过热保护 管芯过热保护 TjOH 2 Tj 超过超过 TjOH 持续不到持续不到 1ms 又降到 又降到 TjOH 以下时 不论以下时 不论 Vcc 为为 ON 还是 还是 OFF OH 保护都不动作 保护都不动作 富士富士 R 系列系列 IGBT IPM 使用说明书使用说明书 Tj 超过超过 TjOH 后 在后 在 3 S 以上的时间保持低于以上的时间保持低于 TjOH 之后 再升过 之后 再升过 TjOH 持续持续 1ms 时时 OH 保护动作 保护动作 第 4 章 应用电路例 第 4 章 应用电路例 1 整体原理图 整体原理图 图图 7 为应用电路示例 制动单元内置 为应用电路示例 制动单元内置 富士富士 R 系列系列 IGBT IPM 使用说明书使用说明书 图图 8 为应用电路示例 不带制动单元 为应用电路示例 不带制动单元 2 注意事项 注意事项 2 1 控制电源控制电源 如图如图 7 8 所示 控制电源必须是上桥臂侧所示 控制电源必须是上桥臂侧 3 组 下桥臂侧组 下桥臂侧 1 组 总计组 总计 4 组独立电源 组独立电源 使用市售的电源组件时 电源输出侧的使用市售的电源组件时 电源输出侧的 GND 端子不要互连 端子不要互连 若将输出侧的若将输出侧的 GND 接成输出的接成输出的 或或 端 电源输入端的接地端互连 可能出现误动作 端 电源输入端的接地端互连 可能出现误动作 另外 应尽量减少各电源与地间的杂散电容 另外 应尽量减少各电源与地间的杂散电容 2 2 4 组电源的结构应互相绝缘 输入部分连接器及印刷电路版 组电源的结构应互相绝缘 输入部分连接器及印刷电路版 4 组电源间以及与主电源间都应绝缘 此外 因组电源间以及与主电源间都应绝缘 此外 因 IGBT 在开关时有很大的在开关时有很大的 dv dt 施加于绝缘上 应确 保足够的绝缘距离 建议大于 施加于绝缘上 应确 保足够的绝缘距离 建议大于 2mm 2 3 GND 的连接的连接 下臂侧控制电源下臂侧控制电源 GND 与主电源与主电源 GND 已在已在 IPM 内部连接 因而绝对不要在内部连接 因而绝对不要在 IPM 的外部进行连接 的外部进行连接 若再连接 下臂与若再连接 下臂与 IPM 的外部连线间将因的外部连线间将因 di dt 引起环流 可能导致光耦 引起环流 可能导致光耦 IPM 的误动作 甚至破坏的误动作 甚至破坏 IGBT 的输入电路 的输入电路 2 4 控制电源用滤波电容控制电源用滤波电容 如图如图 7 8 所示 各控制电源均接有所示 各控制电源均接有 10 F 及及 0 1 F 的滤波电容 保持电源平稳 修正线路阻抗 其它 地方的滤 的滤波电容 保持电源平稳 修正线路阻抗 其它 地方的滤 波电容也是必要的 波电容也是必要的 此外 由于从此外 由于从 10 F 及及 0 1 F 电容到控制电路的线路阻抗可能引起过渡 过程 应尽可能靠近 电容到控制电路的线路阻抗可能引起过渡 过程 应尽可能靠近 IPM 端子安装 端子安装 应选择频率特性好 阻抗低的电解电容器 将其与高频薄膜电容 并联使用效果更好 应选择频率特性好 阻抗低的电解电容器 将其与高频薄膜电容 并联使用效果更好 富士富士 R 系列系列 IGBT IPM 使用说明书使用说明书 2 5 信号输入端子的上拉连接信号输入端子的上拉连接 控制输入应接控制输入应接 20K 的上拉电阻连于的上拉电阻连于 Vcc 另外 在内置制动单元的 另外 在内置制动单元的 IPM 中 当不使用制动时 也 应将 中 当不使用制动时 也 应将 DB 输入端输入端 子接子接 20K 的上拉电阻连于的上拉电阻连于 Vcc 否则 否则 dv dt 可能引起误动作 可能引起误动作 2 6 缓冲器缓冲器 缓冲器直接连到缓冲器直接连到 PN 端子上端子上 P612 封装时 在两侧的封装时 在两侧的 PN 端子上 分别接上缓冲器 端子上 分别接上缓冲器 2 7 B 端子端子 6 封装 无制动单元 类型 建议将封装 无制动单元 类型 建议将 B 端子接到端子接到 N 或或 P 电位上 避免在悬空状态使用 电位上 避免在悬空状态使用 3 光耦外围电路 光耦外围电路 3 1 控制输入用光耦控制输入用光耦 光耦规格光耦规格 请使用满足以下要求的光耦请使用满足以下要求的光耦 CMH CMLgt 15KV s 或或 10KV s TPHL TPLHlt 0 8 s TPLH TPHL 0 4 0 9 s CTRgt 15 例例 HP 产 产 HCPL 4505 HCPL 4506 东芝产 东芝产 TLP759 IGM 另外 要符合 另外 要符合 UL VDE 等安全认证 等安全认证 光耦与光耦与 IPM 间布线间布线 为使光耦和为使光耦和 IPM 控制端子间布线阻抗最小 布线应最短 由于初 次级间常加有大的控制端子间布线阻抗最小 布线应最短 由于初 次级间常加有大的 dv dt 初 次 级的布线不要 初 次 级的布线不要 太靠近 以减少其间的耦合电容 太靠近 以减少其间的耦合电容 发光二极管驱动电路发光二极管驱动电路 光耦由于其发光二极管驱动电路的原因 光耦由于其发光二极管驱动电路的原因 dv dt 的耐量小 如图的耐量小 如图 9 所示 给出驱动电路的正反面例子 所示 给出驱动电路的正反面例子 正例正例 图腾柱输出图腾柱输出 IC 光耦阴极接限流电阻光耦阴极接限流电阻 正例正例 三极管三极管 CE 与光耦与光耦 AK 并联并联 特别是对光耦有利特别是对光耦有利 反例反例 OC 电路连接 反例电路连接 反例 光耦阳极接限流电阻 光耦阳极接限流电阻 富士富士 R 系列系列 IGBT IPM 使用说明书使用说明书 图 9 光耦输入电路 图 9 光耦输入电路 3 2 报警输出用光耦报警输出用光耦 光耦规格光耦规格 可使用普通光耦 但满足以下特性为佳 可使用普通光耦 但满足以下特性为佳 100 lt CTRlt 300 单封装单封装 例 例 TLP521 1 GR 系列 还要符合系列 还要符合 UL VDE 等安全规定 等安全规定 输入限流电阻输入限流电阻 光耦输入侧发光二极管限流电阻为内置 光耦输入侧发光二极管限流电阻为内置 RALM 1 5K 直接接 直接接 Vcc 15V 时 时 IF 约为约为 10mA 因此无 须外 因此无 须外 接限流电阻 接限流电阻 但是 要求光耦输出但是 要求光耦输出 Ioutgt 10mA 时 请使用时 请使用 CTR 值足够大的光耦 值足够大的光耦 光耦 光耦 IPM 间的配线间的配线 因报警光耦加有很大的因报警光耦加有很大的 dv dt 注意事项与 注意事项与 3 1 3 2 相同 相同 4 连接器连接器 R 系列系列 IPM 大都是用大都是用 1 种连接器 推荐使用下列产品 种连接器 推荐使用下列产品 HINOYA 电机公司产连接器 电机公司产连接器 MDF7 25S 2 54DSA 第第 5 章章 散热设计散热设计 1 散热器的选定方法散热器的选定方法 为使为使 IGBT 安全工作 结温安全工作 结温 Tj 不得超过不得超过 Tjmax 不管是额定负载 还是过载的异常情况 散热器的 设计务必有充足的裕量保证结温在 不管是额定负载 还是过载的异常情况 散热器的 设计务必有充足的裕量保证结温在 Tjmax 之内 在之内 在 Tjmax 以上的温度工作时 可能导致管芯的热破坏 以上的温度工作时 可能导致管芯的热破坏 对对 R 系列系列 IPM 来说 来说 IGBT 管芯温度超过管芯温度超过 TJMAX TjOH 保护就动作 但温度急剧上升时 有可 能没法保护 保护就动作 但温度急剧上升时 有可 能没法保护 FWD 与与 IGBT 相同 注意不能超过相同 注意不能超过 Tjmax 关于具体设计请参阅 关于具体设计请参阅 IGBT 模块模块 N 系列应 用资料 系列应 用资料 参见内容 参见内容 损耗的计算损耗的计算 散热器的选择散热器的选择 散热器的安装散热器的安装 2 散热器选定的注意事项散热器选定的注意事项 富士富士 R 系列系列 IGBT IPM 使用说明书使用说明书 除一般的设计方法外 请关注以下事宜 除一般的设计方法外 请关注以下事宜 散热器表面的平整度散热器表面的平整度 安装面平整度安装面平整度 0 100 m 粗糙度 粗糙度 10 m 以下 以下 理由 为负时 中间凹下 散热器与理由 为负时 中间凹下 散热器与 IPM 间有间隙 散热性变差