CN202856609U - 一种光纤驱动的智能功率模块 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于大功率电力电子器件领域，尤其涉及一种光纤驱动的智能功率模块。本实用新型实施例提供的光纤驱动的智能功率模块，包括一个IGBTMODLE，还包括DC/DC电源单元、驱动及保护单元、故障显示及处理单元、光纤接口单元以及电流、电压、温度检测及保护单元，结构设计更为紧凑，特点是可靠性高、抗干扰性强、功率密度大、保护功能及时、热循环能力和负载循环能力强；内置的驱动和保护电路使系统硬件电路简单、可靠，缩短了系统开发时间，也提高了故障下的自保护能力，能够满足各行业对高可靠、功能强大的功率模块的需求。
Description
技术领域
本实用新型属于大功率电力电子器件领域，尤其涉及一种光纤驱动的智能功率模块。
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，而且还内藏有过电压、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 (Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)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、伺服驱动和变频家电的一种非常理想的电力电子器件。
近年来，各行业对于高可靠、结构紧凑、功能强大且价格低的功率模块的期望变得越来越高，诸如风力和太阳能电站、无轨电车、有轨电车、地铁、四象限变频以及其他大功率工业驱动器都需要具有最大可靠性的功率模块。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种光纤驱动的智能功率模块，该光纤驱动的智能功率模块在不降低原有智能功率模块可靠性和系统性能的基础上，能够满足不断增长的更高功率密度设计的需求。
本实用新型是这样实现的：
一种光纤驱动的智能功率模块，包括一个IGBT MODLE（IGBT单元），所述智能功率模块还包括：
为所述智能功率模块提供工作电压的DC/DC电源单元；
控制所述IGBT MODLE的开通和关断，并且提供上、下桥的驱动和死区互锁，提供动态有源嵌位、软关断、故障计时复位、Vce检测等保护功能的驱动及保护单元；
检测所述IGBT MODLE的整体温度，并实现过温保护的温度检测及保护单元；
检测所述IGBT MODLE的每个IGBT的电流信号，判断各电流是否平衡及对过电流进行保护的电流检测及保护单元；
实时检测所述IGBT MODLE的直流母线的电压，并实现过压保护的电压检测及保护单元；
对各保护电路的检测结果进行统一处理，判断故障的优先等级，并根据优先级别的高低对故障位置进行提醒和显示的故障显示及处理单元；
接收前级发送过来的上桥和下桥的光驱动信号、接收并发送上述各单元故障信号及其他模拟信号、并且用长距离的光纤驱动信号代替以往的长电缆驱动信号线以防止驱动信号的衰减及提高抗干扰能力的光纤接口单元；
其中，所述DC/DC电源单元同时接所述驱动及保护单元和所述故障显示及处理单元，所述驱动及保护单元还同时接所述IGBT MODLE和所述故障显示及处理单元，所述温度检测及保护单元、电流检测及保护单元、电压检测及保护单元同时分别与所述IGBT MODLE、所述故障显示及处理单元以及所述光纤接口单元相接。
进一步地，所述光纤驱动的智能功率模块还包括一个与所述IGBT MODLE相接的、提高热循环能力的水冷散热器，用以取代常规的风冷散热技术。
具体地，所述温度检测及保护单元包括一个采集所述IGBT MODLE内部温度的热敏电阻NTC，对温度变化实行线性化检测和保护。
本实用新型实施例提供的光纤驱动的智能功率模块，结构设计更为紧凑，功能也更为强大，具体来讲，本实用新型实施例提供的光纤驱动的智能功率模块具有以下突出的技术效果：
（1）功率范围大，能提供200kW-1.8MW的功率；
（2）具有强大的保护功能，保护电路可以实现控制电压欠压保护、过热保护、过流保护、母线过、欠压以及短路保护；
（3）结构紧凑，具有强大的抗干扰能力和热循环能力；
（4）使用操作简单，可快速定位整个智能功率模块的故障点和故障原因。
附图说明
图1是本实用新型第一实施例提供的光纤驱动的智能功率模块的结构框图；
图2是本实用新型第二实施例提供的光纤驱动的智能功率模块的结构框图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
本实用新型实施例提供的光纤驱动的智能功率模块，包括一个IGBTMODLE，还包括DC/DC电源单元、驱动及保护单元、故障显示及处理单元、光纤接口单元以及电流、电压、温度检测及保护单元，结构设计更为紧凑，能够满足各行业对高可靠、功能强大的功率模块的需求。
图1是本实用新型第一实施例提供的光纤驱动的智能功率模块的结构框图，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分。如图所示：
一种光纤驱动的智能功率模块，包括一个IGBT MODLE 800，还包括DC/DC电源单元100、驱动及保护单元200、温度检测及保护单元300、电流检测及保护单元400、电压检测及保护单元500、故障显示及处理单元600及光纤接口单元700，并且有DC/DC电源单元100同时接驱动及保护单元200和故障显示及处理单元600，驱动及保护单元200还同时接IGBT MODLE 800和故障显示及处理单元600，温度检测及保护单元300、电流检测及保护单元400、电压检测及保护单元500同时分别与IGBT MODLE 800、故障显示及处理单元600以及光纤接口单元700相接；
其中，DC/DC电源单元100为整个智能功率模块提供工作电压，驱动及保护单元200对IGBT MODLE 800的开通和关断进行控制，并且提供上、下桥的驱动和死区互锁，提供动态有源嵌位、软关断、故障计时复位、Vce检测等保护功能，温度检测及保护单元300检测整个IGBT MODLE 800的整体温度，并实现过热保护，电流检测及保护单元400检测IGBT MODLE 800中的每个IGBT的电流信号，判断各电流是否平衡及对过电流进行保护，电压检测及保护单元500实时检测IGBT MODLE 800的直流母线的电压，并实现过压保护，故障显示及处理单元600对各保护电路的检测结果进行统一处理，判断故障的优先等级，并根据优先级别的高低对故障位置进行提醒和显示，光纤接口单元700接收前级发送过来的上桥和下桥的光驱动信号、接收并发送上述各单元故障信号及其他模拟信号。
图2是本实用新型第二实施例提供的光纤驱动的智能功率模块的结构框图。如图所示，与图1所示的第一实施例提供的智能功率模块所不同之处仅在于，本第二实施例提供的光纤驱动的智能功率模块还包括一个与IGBT MODLE800相接的、用以提高热循环能力的水冷散热器900，用水冷散热器900取代常规的风冷散热技术，能够保证本智能功率模块的工作稳定性、增加功率循环次数、并且能够提高功率密度和平均无故障时间。
作为本实用新型的另一实施例，温度检测及保护单元300包括一个采集IGBT MODLE 800内部温度的热敏电阻NTC，对整个IGBT MODLE 800的温度变化实行线性化检测和保护。本实用新型实施例提供的光纤驱动的智能功率模块，特点是可靠性高、抗干扰性强、功率密度大、保护功能及时、热循环能力和负载循环能力强；内置的驱动和保护电路使系统硬件电路简单、可靠，缩短了系统开发时间，也提高了故障下的自保护能力；客户投入使用时，操作简单，只需外接DC 18V~40V和光纤驱动信号就可以与整个系统配合应用。保护电路单元可以实现控制电压欠压保护、过热保护、过流保护、母线过欠压和短路保护。若该光纤驱动的智能功率模块中有一种保护电路的动作，IGBT的门极驱动单元就会关断门极电流、输出故障信号并由故障显示及处理单元的指示灯显示，快速定位整个智能功率模块的故障点和故障原因。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了较详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改、或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种光纤驱动的智能功率模块，包括一个IGBT MODLE，其特征在于，所述智能功率模块还包括：
为所述智能功率模块提供工作电压的DC/DC电源单元；
控制所述IGBT MODLE的开通和关断，并且提供上、下桥的驱动和死区互锁，提供动态有源嵌位、软关断、故障计时复位、Vce检测等保护功能的驱动及保护单元；
检测所述IGBT MODLE的整体温度，并实现过温保护的温度检测及保护单元；
检测所述IGBT MODLE的每个IGBT的电流信号，判断各电流是否平衡及对过电流进行保护的电流检测及保护单元；
实时检测所述IGBT MODLE的直流母线的电压，并实现过压保护的电压检测及保护单元；
接收前级发送过来的上桥和下桥的光驱动信号、接收并发送上述各单元故障信号及其他模拟信号、并且用长距离的光纤驱动信号代替以往的长电缆驱动信号线以防止驱动信号的衰减及提高抗干扰能力的光纤接口单元。
2.如权利要求1所述的光纤驱动的智能功率模块，其特征在于，所述智能功率模块还包括一个与所述IGBT MODLE相接的、用以提高热循环能力的水冷散热器。
3.如权利要求1或2所述的光纤驱动的智能功率模块，其特征在于，所述温度检测及保护单元包括一个采集所述IGBT MODLE内部温度的热敏电阻NTC，对温度变化实行线性化检测和保护。
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