IGBT-IPM智能模块的电路设计及在SVG装置中的应用
设计一个优良的光耦控制电路也是模块正常工作的关键之一。根据ＩＧＢＴ的驱动以及逆变电路的要求?１?，模块内部的ＩＧＢＴ控制电源必须是上桥臂３组，下桥臂１组，总计４组独立的１５Ｖ直流电源。图２是一种推荐的光耦驱动电路。
图２中给出了几种典型光耦驱动电路，其中三极管与光耦并联型电路对光耦特别有利。下面是控制输入的光耦规格要求：
●ＣＭＨ＝ＣＭＬ＞１５ｋＶ／μｓ或１０ｋＶ／μｓ
●ＴＰＨＬ＝ＴＰＬＨ＜０．８ｍｓ
●ＣＴＲ＞１５％
推荐的光耦有：
ＨＣＰＬ－４５０５，ＨＣＰＬ－４５０６
ＴＬＰ７５９（ＩＧＭ），ＴＬＰ７５５等。
一般情况下，光耦要符合ＵＬ、ＶＤＥ等安全认证。同时最好使光耦和ＩＧＢＴ控制端子间的布线尽量短。由于初级和次级间常加有大的ｄｖ／ｄｔ，因此，初、次级布线不要太靠近以减小其间的耦合电容。在使用１５Ｖ的直流电源组件时，建议电源输出侧的ＧＮＤ端子不要互联，并尽量减少各电源与地间的杂散电容，同时还应当确保足够大的绝缘距离（大于２ｍｍ）。光耦输入用的１０μＦ及０．１μＦ滤波电容主要是保持控制电压平稳和修正线路阻抗的稳定，其它地方的滤波电容也很必要。另外，控制信号输入端与Ｖｃｃ端应接２０ｋΩ的上拉电阻，在不使用制动单元时，也应该在ＤＢ输入端与Ｖｃｃ端接２０ｋΩ的上拉电阻，否则，ｄｖ／ｄｔ过大可能会引起误动作。图３为控制信号的输入电路。其它三组上桥臂控制信号输入电路与图３相同，但３组１５Ｖ直流电源应分别供电。而下桥臂的４组，则共用一个１５Ｖ直流电源。
３．３缓冲电路
缓冲电路（阻容吸收电路）主要用于抑制模块内部的ＩＧＢＴ单元的过电压和ｄｖ／ｄｔ或者过电流和ｄｉ／ｄｔ，同时减小ＩＧＢＴ的开关损耗。由于缓冲电路所需的电阻、电容的功率、体积都较大，所以在ＩＧＢＴ模块内部并没有专门集成该部分电路，因此，在实际的系统之中一定要有缓冲电路，通过电容可把过电压的电磁能量变成静电能量储存起来，电阻可防止电容与电感产生谐振。如果没有缓冲电路，器件在开通时电流会迅速上升，ｄｉ／ｄｔ也很大，关断时，ｄｖ／ｄｔ很大，并会出现很高的过电压，极易造成ＩＧＢＴ器件的损坏。因此，缓冲电路不仅在ＩＧＢＴ模块中需要，在ＳＶＧ系统的整流电路中也同样需要。图４给出了一个典型的缓冲电路，有关阻值与电容大小的设计可根据具体系统来设定不同的参数。
４ＩＧＢＴ智能模块在ＳＶＧ装置的应用
静止无功发生器ＳＶＧ[３][４][５]（ＳｔａｔｉｃＶａｒＧｅｎｅｒａｔｏｒ）是灵活交流输电系统（ＦＡＣＴＳ—ＦｌｅｘｉｂｌｅＡＣＴｒａｎｓｍｉｓ-ｓｉｏｎＳｙｓｔｅｍ）技术中的一个重要内容，它的主要功能是在系统中起到动态无功发生、无功补偿、电压支撑、改善系统稳定的作用。目前，改善电压质量的方法是用传统的ＳＶＣ（ＳｔａｔｉｃＶａｒＣｏｍｐｅｎｓａｔｏｒ）静态无功补偿装置来减小电压波动及电压不对称，而用机械投切电容器或电抗器消除电压不平衡，用滤波器消除谐波。但是，这些措施的实现及控制都不太灵活，加之设备价格比较昂贵、维修困难，因而在实际系统应用中效果并不是很好。ＦＡＣＴＳ技术中的ＳＶＧ装置以其灵活的动态调节性能克服了这些不足。ＳＶＧ装置的核心部分是逆变电路，它将整流后的直流电压进行逆变以产生与系统相应的交流电压，从而产生所需的交流无功功率。利用ＩＧＢＴ智能模块后，逆变电路无论是在体积、性能、稳定性还是控制方式上都得到了极大地简化。
该系统共分为３个主要部分：第一部分是由ＩＧ-ＢＴ模块构成的逆变电路，第二部分是由电力二极管构成的全波整流电路，第三部分是由微机构成的检测控制系统。整流电路采用日本富士公司的三相全波整流模块６ＲＩ１００Ｇ－１６０，该模块的主要作用是将三相线路上的交流电压变为直流输出，从而维持直流电容两端的电压稳定，同时也为逆变电路提供一个直流电压。
微机控制系统是由以ＡＤＭＣ４０１高速数字信号处理芯片为核心的ＤＳＰ控制系统组成，它具有极高的处理速度和专门的６路ＰＷＭ波发生控制引脚，从图５可以看出，ＤＳＰ控制系统除了完成向ＩＧＢＴ发出控制信号以外，还可完成三相电流和电压的检测、人机交换等功能。电流检测可利用ＫＴ１００－Ｐ型电流传感器来完成，电压检测则利用ＣＨＶ－５０Ｐ电压传感器来完成。键盘管理部分选用８２Ｃ７９接口芯片来管理１６键的键盘输入。输出显示部分则选用以ＳＥＤ１５２０为驱动芯片的ＭＧＬＳ－１２０３２Ａ液晶显示模块（ＬＣＤ）[３]。该模块的显示屏幕一次最多可显示１４个１６×１６的点阵汉字，图中只画出了相应的方框图。上述功能均可通过对ＡＤＭＣ４０１数字信号处理芯片的软件编程来实现。其程序流程图见图６所示。
值得注意的是：本ＳＶＧ装置中采用的是单桥路控制电路 《IGBT-IPM智能模块的电路设计及在SVG装置中的应用(第2页)》
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图２中给出了几种典型光耦驱动电路，其中三极管与光耦并联型电路对光耦特别有利。下面是控制输入的光耦规格要求：
●ＣＭＨ＝ＣＭＬ＞１５ｋＶ／μｓ或１０ｋＶ／μｓ
●ＴＰＨＬ＝ＴＰＬＨ＜０．８ｍｓ
●ＣＴＲ＞１５％
推荐的光耦有：
ＨＣＰＬ－４５０５，ＨＣＰＬ－４５０６
ＴＬＰ７５９（ＩＧＭ），ＴＬＰ７５５等。
一般情况下，光耦要符合ＵＬ、ＶＤＥ等安全认证。同时最好使光耦和ＩＧＢＴ控制端子间的布线尽量短。由于初级和次级间常加有大的ｄｖ／ｄｔ，因此，初、次级布线不要太靠近以减小其间的耦合电容。在使用１５Ｖ的直流电源组件时，建议电源输出侧的ＧＮＤ端子不要互联，并尽量减少各电源与地间的杂散电容，同时还应当确保足够大的绝缘距离（大于２ｍｍ）。光耦输入用的１０μＦ及０．１μＦ滤波电容主要是保持控制电压平稳和修正线路阻抗的稳定，其它地方的滤波电容也很必要。另外，控制信号输入端与Ｖｃｃ端应接２０ｋΩ的上拉电阻，在不使用制动单元时，也应该在ＤＢ输入端与Ｖｃｃ端接２０ｋΩ的上拉电阻，否则，ｄｖ／ｄｔ过大可能会引起误动作。图３为控制信号的输入电路。其它三组上桥臂控制信号输入电路与图３相同，但３组１５Ｖ直流电源应分别供电。而下桥臂的４组，则共用一个１５Ｖ直流电源。
３．３缓冲电路
缓冲电路（阻容吸收电路）主要用于抑制模块内部的ＩＧＢＴ单元的过电压和ｄｖ／ｄｔ或者过电流和ｄｉ／ｄｔ，同时减小ＩＧＢＴ的开关损耗。由于缓冲电路所需的电阻、电容的功率、体积都较大，所以在ＩＧＢＴ模块内部并没有专门集成该部分电路，因此，在实际的系统之中一定要有缓冲电路，通过电容可把过电压的电磁能量变成静电能量储存起来，电阻可防止电容与电感产生谐振。如果没有缓冲电路，器件在开通时电流会迅速上升，ｄｉ／ｄｔ也很大，关断时，ｄｖ／ｄｔ很大，并会出现很高的过电压，极易造成ＩＧＢＴ器件的损坏。因此，缓冲电路不仅在ＩＧＢＴ模块中需要，在ＳＶＧ系统的整流电路中也同样需要。图４给出了一个典型的缓冲电路，有关阻值与电容大小的设计可根据具体系统来设定不同的参数。
４ＩＧＢＴ智能模块在ＳＶＧ装置的应用
静止无功发生器ＳＶＧ[３][４][５]（ＳｔａｔｉｃＶａｒＧｅｎｅｒａｔｏｒ）是灵活交流输电系统（ＦＡＣＴＳ—ＦｌｅｘｉｂｌｅＡＣＴｒａｎｓｍｉｓ-ｓｉｏｎＳｙｓｔｅｍ）技术中的一个重要内容，它的主要功能是在系统中起到动态无功发生、无功补偿、电压支撑、改善系统稳定的作用。目前，改善电压质量的方法是用传统的ＳＶＣ（ＳｔａｔｉｃＶａｒＣｏｍｐｅｎｓａｔｏｒ）静态无功补偿装置来减小电压波动及电压不对称，而用机械投切电容器或电抗器消除电压不平衡，用滤波器消除谐波。但是，这些措施的实现及控制都不太灵活，加之设备价格比较昂贵、维修困难，因而在实际系统应用中效果并不是很好。ＦＡＣＴＳ技术中的ＳＶＧ装置以其灵活的动态调节性能克服了这些不足。ＳＶＧ装置的核心部分是逆变电路，它将整流后的直流电压进行逆变以产生与系统相应的交流电压，从而产生所需的交流无功功率。利用ＩＧＢＴ智能模块后，逆变电路无论是在体积、性能、稳定性还是控制方式上都得到了极大地简化。
该系统共分为３个主要部分：第一部分是由ＩＧ-ＢＴ模块构成的逆变电路，第二部分是由电力二极管构成的全波整流电路，第三部分是由微机构成的检测控制系统。整流电路采用日本富士公司的三相全波整流模块６ＲＩ１００Ｇ－１６０，该模块的主要作用是将三相线路上的交流电压变为直流输出，从而维持直流电容两端的电压稳定，同时也为逆变电路提供一个直流电压。
微机控制系统是由以ＡＤＭＣ４０１高速数字信号处理芯片为核心的ＤＳＰ控制系统组成，它具有极高的处理速度和专门的６路ＰＷＭ波发生控制引脚，从图５可以看出，ＤＳＰ控制系统除了完成向ＩＧＢＴ发出控制信号以外，还可完成三相电流和电压的检测、人机交换等功能。电流检测可利用ＫＴ１００－Ｐ型电流传感器来完成，电压检测则利用ＣＨＶ－５０Ｐ电压传感器来完成。键盘管理部分选用８２Ｃ７９接口芯片来管理１６键的键盘输入。输出显示部分则选用以ＳＥＤ１５２０为驱动芯片的ＭＧＬＳ－１２０３２Ａ液晶显示模块（ＬＣＤ）[３]。该模块的显示屏幕一次最多可显示１４个１６×１６的点阵汉字，图中只画出了相应的方框图。上述功能均可通过对ＡＤＭＣ４０１数字信号处理芯片的软件编程来实现。其程序流程图见图６所示。
值得注意的是：本ＳＶＧ装置中采用的是单桥路控制电路 《IGBT-IPM智能模块的电路设计及在SVG装置中的应用(第2页)》
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