变频家电智能功率模块的功能和应用

变频空调器是通过改变频率来控制压缩机马达的转速，从而有效地控制其输出功率，实现提高效率、降低噪音、提高制冷/热效果和舒适性的目的。图1为变频空调室外机的电气控制原理图。

变频空调器室外机硬件的核心部分是变频器电路，主要包括单片机控制部分和电力转换部分，后者的核心为逆变部分，通常都采用模块化器件以提高可靠性。三菱公司为此开发了专用智能功率模块，即CTM系列IPM。

IPM产品功能描述

IPM即智能功率模块(Intelligent Power Module)，它是将IGBT连同其驱动电路和多种保护电路封装在同一模块内，使系统设计者从繁琐的IGBT驱动和保护电路的设计中解脱出来。

IPM内部含有门极驱动控制、故障检测和多种保护电路等，并且采用内置有电流传感器的第三代IGBT芯片。CTM系列IPM是针对家用空调常采用的低频逆变系统而开发，频率f_PWM的典型值为5kHz，共有4个容量等级的8种型号，适用于直流输入/三相输出、电机功率为0.7~3HP的应用条件。

在开发该系列IPM时，在IGBT芯片、续流二极管芯片、控制IC电路以及封装结构等方面都采取了多种优化处理措施，使其具有较小的体积和较高的性价比。用于这种IPM的IGBT芯片的饱和压降优化到1.8V。

IPM的内置保护功能

IPM可以实现的保护功能有：1) 控制电源欠压保护(UV)；2)过热保护(OT)；3) 过流保护(OC)；4) 短路保护(SC)。原理框图见图2，对应的时序如图3-6所示，表1(上)中罗列了IPM各种保护功能的触发条件和恢复条件。

保护功能说明：PM15/20CTM060(-3)和PM30CTJ060(-3) P侧仅有门极驱动电路；N侧含有门极驱动和多种保护功能，包括OC、SC、UV和OT。

PM50/75CTK060 P侧含有门极驱动和OC、SC及UV等保护功能；N侧含有门极驱动和OC、SC、UV及OT等保护功能。

需要强调的是，IPM的保护功能自身并不能排除故障。在电路设计时应利用故障输出信号Fo，使系统在故障发生时能够IPM的输入信号并停机。

IPM的应用

图7所示为三相逆变系统总体控制电路，电路中对应器件的类型应根据压缩机的容量进行选择，如表1(下)所示。

在使用IPM时应注意以下防静电释放(ESD)问题：

电烙铁的烙铁头应良好接地：一般来说外热式电烙铁的烙铁头与其地线连接比较紧密，若采用内热式电烙铁，请保证其烙铁头能够良好接地；

使设备(包括测试仪器)接地；

工作台应铺防静电桌垫(导电毯)，并接地；

操作人员应带防静电手套和防静电环(接地)，穿防静电鞋；

操作区地面应铺设防静电地垫(导电毯)，并接地；

采用设备地线和人体地线两条不同地线；

各接地部分实际上都是通过一个1MΩ的电阻接地；

在搬运、焊接等过程中应避免手直接接触模块的控制端子，同时避免非工作人员接触工作台(IPM模块)。

运输和储存时，不要采用易带静电的容器。

通过以下措施保证IPM模块可靠运行：

PWM信号的死区时间应足够大；

为减少干扰，IPM的接口电路板应尽可能靠近IPM模块，推荐将接口电路板直接焊接在IPM上；

接口电路板焊接后，应检查控制信号端子是否与控制电源端子有接触；

一般来说，控制电源电压应先于直流母线电压加上；

系统设计时应考虑Fo信号的应用，使系统在故障发生时能够IPM的输入信号，并停机同时报警，以便工作人员进行检查并排除故障；

散热器应与IPM基板良好接触(请按推荐的力矩固定并加导热硅脂)。

三菱电机(香港)公司供稿