CN202111629U

CN202111629U - 智能变频模块

Info

Publication number: CN202111629U
Application number: CN2011202279247U
Authority: CN
Inventors: 虞朝丰; 张永利; 马英华; 隋明勋
Original assignee: Shandong Longertek Technology Co Ltd
Current assignee: Shandong Longertek Technology Co Ltd
Priority date: 2011-06-30
Filing date: 2011-06-30
Publication date: 2012-01-11
Anticipated expiration: 2021-06-30

Abstract

本实用新型涉及一种智能变频模块，由外壳组件、封装在所述外壳组件内部的功率基板、焊接在所述功率基板上的引脚及密封填充物组成，在所述功率基板上集成有主控制器、整流电路、功率因数校正电路、功率逆变电路、驱动电路、保护电路、自举电路及电机反馈电路。该智能变频模块结构简单，轻巧精致、超薄实用，不仅大大提高了电网利用效率，降低能源消耗，将内部噪声降至最小，还使产品的安全性、可靠性、抗干扰性、可操作性得到更进一步提高。同时，还简化了硬件电路设计和外部接线、缩短了开发周期。

Description

智能变频模块

技术领域

本实用新型涉及一种智能型变频模块，特别涉及一种具有高集成度的智能变频模块。

背景技术

IPM(Intelligent Power Module)，即智能功率模块，不仅把功率开关器件和驱动电路集成在一起。而且还内藏有欠电压，过电流和过热等故障检测电路，并可将检测信号送到CPU。它由高速低功耗的管芯和优化的门极驱动电路以及快速保护电路构成。即使发生负载事故或使用不当，也可以保证IPM自身不受损坏。IPM一般使用IGBT作为功率开关元件，内藏电流传感器及驱动电路的集成结构。IPM以其高可靠性，使用方便赢得越来越大的市场，尤其适合于驱动电机的变频器和各种逆变电源，是变频调速，冶金机械，电力牵引，伺服驱动，变频家电的一种非常理想的电力电子器件。

但普通IPM的整流电路、功率因数校正(PFC)电路、电机反馈电路只能在外部增加，这样以来不可避免地要受到电源、设备、各功率器件及地线处理等外部因素带来的附加噪声，由于这些噪声的种类、强度各不相同，所以尽管采取足够的防范措施，还是不能完全避免误动作的产生，严重时甚至会损坏IPM。

另外，普通IPM或者不具备自身过热保护功能，需外加传感器来弥补，一般会在靠近IGBT芯片的绝缘基板上安装温度传感器；或者只具备外部设定电阻来实现过热保护，IPM的安全性有所限制。

普通IPM的短路保护是依靠过流保护来实现的，为缩短检测与关断之间的响应时间，IPM采用了实时电流控制电路(RTC)，实时电流控制电路直接对IGBT的集电极电流进行检测，这种措施在一定程度上减少了响应时间，但在实际应用过程中，还需要更进一步提高短路保护的可靠性。

普通IPM的保护，只具有闭锁功能，在保护动作闭锁期间，即使有驱动信号为ON，IGBT也不工作。当闭锁期过后，普通IPM的保护动作会自动复位，此时只要有一路驱动信号为ON时，IPM就会驱动IGBT开通，这在某种程度上降低了保护的可靠性。

发明内容

本实用新型主要目的在于解决上述问题和不足，提供一种具有高集成度、抗干扰性强、使用更为方便的智能变频模块。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案是：

一种智能变频模块，由外壳组件、封装在所述外壳组件内部的功率基板、焊接在所述功率基板上的引脚及密封填充物组成，在所述功率基板上集成有主控制器、整流电路、功率因数校正电路、功率逆变电路、驱动电路、保护电路、自举电路及电机反馈电路。

进一步，外壳组件由第一外壳和第二外壳组成，所述功率基板与所述第一外壳和第二外壳之间通过硅有机树脂固定连接，所述外壳组件上设置有至少两个定位孔。

进一步，所述密封填充物为环氧树脂。

进一步，所述功率基板为绝缘金属基板。

进一步，所述保护电路中至少包括过热保护电路，所述过热保护电路包括所述模块内部的过热保护电路和外部设定过热保护电路。

进一步，所述保护电路中至少包括短路保护电路，所述短路保护电路与IGBT的集电极连接，还与外部芯片提供的6路驱动信号端连接。

进一步，所述功率基板上还集成有闭锁复位模块。

综上内容，本实用新型所述的智能变频模块，与现有技术相比较，具有如下优点：

(1)除具有普通智能功率模块(IPM)的所有功能外，将功率因数校正电路、电机反馈电路集成在内部，不仅大大提高了电网利用效率，降低能源消耗，还使产品的安全性、可靠性、抗干扰性、可操作性得到更进一步提高。同时，大大简化了硬件电路设计和外部接线、缩短了开发周期。

(2)该模块结构简单，轻巧精致、超薄实用、安装拆卸也非常方便。

(3)由于该模块将所有电路集成在内部，通过科学合理的布局，提高其抗干扰性能，同时将内部噪声降至最小。

(4)该模块中集成的过热保护电路，具有内部过热保护和外部设定过热保护双重功能，既可自我保护，又可人为设定，即便其中一个失效或者出现问题，另一个依然可以进行及时有效地保护，使智能变频模块的安全性能更高。

(5)该模块中集成的短路保护电路，除了对IGBT的集电极电流进行检测，还会对外部芯片提供的6路驱动信号进行判断，使保护更加及时。

(6)本产品适用于驱动三相电机的变频器和各种逆变电源，可用于变频调速、冶金机械、电力牵引、伺服驱动、变频家电等领域。

附图说明

图1是本实用新型结构示意图；

图2是图1的A向视图；

图3是本实用新型功能模块框图；

图4是本实用新型内部电路图；

图5是本实用新型外接电路图。

如图1至图5所示，外壳1，功率基板2，引脚3，定位孔4，主控制器5，整流电路6，功率因数校正电路7，功率逆变电路8，驱动电路9，保护电路10，自举电路11，电机反馈电路12，控制板13。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步详细描述：

如图1和图2所示，一种智能变频模块(Universal Intelligent Power Module，简称UIPM)，由外壳1、功率基板2、引脚3和密封填充物组成。其中，引脚2焊接在功率基板2上，焊有引脚3的功率基板2放置在外壳1内。

外壳1由两个相互扣合的框架组成，功率基板2就被固定在两个框架之间，在功率基板2的四周及两个框架的四周都涂有硅有机树脂，在加热溶化后，硅有机树脂将功率基板2及两个框架均牢固固定连接在一起，该变频模块结构简单，超薄轻巧。在外壳1和功率基板2之间形成的空腔内注入环氧树脂作为密封填充物，提高了整个变频模块的防尘、防潮等级。

本实施例中，在外壳1上设置有两个定位孔4，用于与其它部件固定连接，安装拆卸都非常方便。

功率基板2采用绝缘金属基板，具有高导热性、高耐热性和优异的绝缘可靠性。

如图3和图4所示，在功率基板2上具有主控制器5，另外还集成有整流电路6、功率因数校正电路7、功率逆变电路8、驱动电路9、保护电路10、自举电路11、电机反馈电路12。功率基板2的输入电源为AC220V±20％，50/60Hz。输入电源AC经过滤波电路、整流电路6和功率因素校正电路7输送至功率逆变电路8，功率逆变电路8与电机M连接，同时功率逆变电路8的输出端与驱动电路9、保护电路10、自举电路11和电机反馈电路12的输入端连接，其中，驱动电路9、保护电路10和自举电路11由主控制器5控制，功率因数校正电路7、主控制器5和电机反馈电路12均与外接控制板13连接。

该智能变频模块UIPM将这些电路全部集成在内部，通过科学合理的布局，修正线路的阻抗，并加装绝缘接地，不仅大大提高了电网利用效率，降低能源消耗，还与外部干扰隔绝，将内部噪声降至最小，同时，使产品的安全性、可靠性、抗干扰性、可操作性得到更进一步提高。

如图5所示，该智能变频模块UIPM的外接控制板13，仅需将电源和驱动信号直接提供给UIPM，UIPM也将电机反馈信号和各种保护信号直接输送给外部芯片，中间不再有其他环节。大大简化了硬件电路设计和外部接线、缩短了开发周期，更主要的是它提高了系统的可靠性和安全性。

如图4所示，与功率基板2连接的引脚3共有32根。其中，14引脚和16引脚与外接电源AC连接；22-24、29、30-38引脚连接控制板13，将电源和6路驱动信号直接提供给UIPM，同时UIPM将电机反馈信号和各种保护信号直接输送给外部芯片；44、47、50引脚与电机M连接。

本实施例中，保护电路中包括有过热保护电路和短路保护电路。

其中，过热保护电路包括模块内部的过热保护电路和外部设定过热保护电路，具有内部过热保护和外部设定过热保护双重功能，既可自我保护，又可人为设定，即便其中一个失效或者出现问题，另一个依然可以进行及时有效地保护，使智能变频模块的安全性能更高。过热保护电路通过32引脚与外部芯片连接。内部的过热保护电路和外部设定过热保护电路属于现有技术，这里不再另做详细描述。

其中，短路保护电路与IGBT的集电极连接，还与外部芯片提供的6路驱动信号端连接，它除了对IGBT的集电极电流进行检测，还会对外部芯片提供的6路驱动信号进行判断，当某相的上下桥臂驱动信号在某一时刻出现同时为ON时，UIPM会立即关断IGBT所有驱动，使保护更加及时。短路保护电路通过32引脚与外部芯片连接，短路保护由该变频模块内部主控制器5自我判断实现。

功率基板2上还集成有闭锁复位模块，闭锁复位功能由该变频模块内部主控制器5自我判断实现。该模块中集成的闭锁复位功能，即便闭锁期已结束，故障输出功能也不会复位，而是等到6路驱动信号全变为ON时，保护动作才会解除，使保护更加可靠。

UIPM适用于驱动三相电机的变频器和各种逆变电源，是变频调速、冶金机械、电力牵引、伺服驱动、变频家电的一种理想的电力电子器件。例如，UIPM可以同时适用于驱动交流压缩机和直流压缩机，及可以同时驱动交流和直流风机等等。

如上所述，结合附图所给出的方案内容，可以衍生出类似的技术方案。但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims

1.一种智能变频模块，其特征在于：由外壳、封装在所述外壳内部的功率基板、焊接在所述功率基板上的引脚及密封填充物组成，在所述功率基板上集成有主控制器、整流电路、功率因数校正电路、功率逆变电路、驱动电路、保护电路、自举电路及电机反馈电路。

2.根据权利要求1所述的智能变频模块，其特征在于：所述外壳由两个相互扣合的框架组成，所述功率基板固定在两个框架之间，在所述外壳上设置有至少两个定位孔。

3.根据权利要求2所述的智能变频模块，其特征在于：所述功率基板、两个所述框架之间均通过硅有机树脂固定连接。

4.根据权利要求1所述的智能变频模块，其特征在于：所述密封填充物为环氧树脂。

5.根据权利要求1所述的智能变频模块，其特征在于：所述功率基板为绝缘金属基板。

6.根据权利要求1所述的智能变频模块，其特征在于：所述保护电路中至少包括过热保护电路，所述过热保护电路包括所述模块内部的过热保护电路和外部设定过热保护电路。

7.根据权利要求1所述的智能变频模块，其特征在于：所述保护电路中至少包括短路保护电路，所述短路保护电路与IGBT的集电极连接，还与外部芯片提供的6路驱动信号端连接。

8.根据权利要求1所述的智能变频模块，其特征在于：所述功率基板上还集成有闭锁复位模块。