伺服驱动的功率器件和前级控制电路

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伺服驱动的功率器件和前级控制电路

作者: 发布时间:2018/8/14 来源:光耦网 浏览量:118 相关关键词: 驱动 元器件 光耦

目前伺服驱动器的功率驱动级普遍采用以高压IGBT为核心的功率集成模块(PIM)和智能功率模块(IPM)技术,也有一部分百瓦量级和低于百瓦的小功率伺服和低压伺服采用分立元件的IGBT或者功率MOS管做功率变送,这样做的理由主要是出于成本和安装结构的考虑,对于低压伺服而言,往往还会使用m级导通电阻的低压大电流功率MOS管,以降低饱和电压,减少导通损耗,提高驱动器效率,缩小驱动器的总体结构尺寸。


功率集成模块(PIM)内部多为内部集成了6管或7管IGBT管芯并包括相应的高速续流保护二极管的三相全桥结构,有的还在内部集成了三相或者单相全桥整流输入以及用于模块温度检测的热敏电阻,PIM的著名生产厂家包括德国的Eupec、Semikon、Tyco、Vishay(IR相关业务)公司,日本的富士公司,以及美国的Microsemi(原APT)公司等。


智能功率模块(IPM)的内部不经集成了IGBT管芯和续流二极管,而且也集成了各个IGBT管芯的栅极驱动电路,这正是IPM名称的由来和区别于PIM的关键所在。最新的600V中小功率IPM还集成了为高端桥臂IGBT管芯的栅极驱动电路提供供电电源的自举电路和高压电平转移和隔离电路。IPM多为直接构成三相全桥的6管结构,个别IPM中包含有三相全桥整流输入,因此一般需要在相应的伺服应用中添加额外的再生制动IGBT单管及其驱动,以及三相或者单相全桥整流。IPM的著名生产厂家包括日本的三菱和东芝公司,美国的Fairchild等公司。


IPM的使用一般只需为模块中已经集成的IGBT管芯驱动电路提供合适的隔离供电电源和经高速光耦隔离传输的PWM开关控制信号。对于某些IPM而言,高端IGBT管芯驱动电路的隔离供电电源也可以直接使用其自身集成的自举电路产生,不过这样做,最好在每一个PWM周期都为自举电路留出足够的自举充电时间,因而会降低PWM周期的有效占空比,今儿降低驱动器的电压利用率。对于具备高压电平转移和隔离电路的IPM而言,PWM开关控制信号原则上可以直接和来自控制电路的逻辑信号互联,不过出于安全考虑,尤其是操作者的人身安全,一般还是主张通过高速光耦隔离传输,在电气上实现功率级和控制级的彻底隔离。


由于PIM内部没有集成IGBT管芯的栅极驱动电路,因此PIM的使用必须配合相应的栅极驱动芯片。主流的栅极驱动芯片有集成高速光耦和栅极驱动电路以及相应的故障保护电路的IGBT栅极驱动光耦,生产厂商包括美国的Avago和Fairchild公司,日本的东芝和夏普公司;也有采用高压电平转移和隔离电路以及自举供电电路的高耐压栅极驱动芯片,生产厂商包括美国的IR和Fairchild公司;还有一些栅极驱动芯片只包含栅极驱动电路,隔离供电和信号隔离需要另外提供。



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