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IPM驱动和保护电路的研究


型电路如图5所示。
  
  图5IPM驱动电路和外围隔离电路
  
  图中各器件的类型和参数已经标出,其中,M57140-01和M57120L是三菱公司为其IPM系列产品专门配置的电压变换模块。在M57120L的输入端加一路113V~400V的直流电压可以在输出端得到一路20V的直流电压,在M57140-01的输入端加一路18V~22V的直流电压,输出端可以得到4路相互隔离的15V电压,方便地为IPM供电;HCPL4504和PC817是高速光耦,起到电气隔离IPM与外部电路的作用,IPM的控制信号Cin和故障输出信号FO通过光耦传输。
  
  在应用要求不高的场合也可以用常用的整流电路得到的20V直流电压取代M57120作为M57140-01的输入端,也可以采用整流电路直接得到的15V直流电压为PM100DSA120供电,但效果不如图5所示的方案,实践应用中证明了这一点。
  
  3IPM保护电路的设计
  
  完善的系统保护不能只依靠IPM的内部保护机制,需要辅助外围的保护电路,这可以通过硬件的方式实现,也可以通过软件的方式实现。
  
  3.1IPM保护电路的硬件实现
  
  实现方式很多,列举两个例子说明。
  
  方案一PWM接口电路前置74HC245、74HC244等带控制端的三态收发器,如图6所示。IPM的控制信号经过74HC245的输入、74HC245的输出后送至IPM接口电路;各个IPM的故障输出信号经光耦隔离输出后得到高电平FO,送入或门,或门输出经过R-C低通滤波器后,送入74HC245的使能端OE。IPM正常工作时,或门输出为低电平,74HC245选通;IPM故障报警时,或门输出为高电平,74HC245所有输出置为高阻,封锁各个IPM的控制信号,关断IPM,实现了保护功能。
  
  方案二PWM接口电路前置一级带控制端的光耦,如6N137。方案二的原理与方案一类似,只是由于高电平使能控光耦合6N137,或门换成了或非门,其输出经过R-C低通滤波器后,送入了可控光耦合6N137的光耦使能端VE,但同样在IPM故
  
  
  
  障报警时封锁IPM的控制信号通道,实现了保护功能。
  
  需要注意的是,为缩短故障响应时间,R-C低通滤波器时间常数应该小。两级光耦延长了响应时间,应选用高速光耦。
  
  以上两种方案都是利用IPM故障输出信号封锁IPM的控制信号通道,因而弥补了IPM自身保护的不足,有效地保护了器件。
  
  3.2IPM保护电路的软件实现
  
  软件的基本思路是:IPM故障报警时,故障输出信号送到控制器处理,处理器确认后,利用软件关断IPM的控制信号,从而达到保护目的。
  
  综上所述,软件保护不需增加硬件,简便易行,但可能受到软件设计和计算机故障的影响;硬件保护则反应迅速,工作可靠。实践应用中软件与硬件结合的保护方式能更好地提高系统的可靠性。
  
  4IPM的驱动和保护电路的设计实例
  
  笔者在DSP控制开关磁阻电机的项目中,选用IPM作为功率变换器的主开关器件,控制器采用了德州公司的TMS320F240数字信号处理器,功率驱动电路的输入(即IPM的控制信号)由TMS320F240内含的全比较单元相对应的PWM1~PWM4产生。
  
  

《IPM驱动和保护电路的研究(第3页)》
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