《电力电子应用技术——设计、仿真与实践（微课版）》PPT任务4 光伏逆变器的设计、仿真与实践.pptx

电力电子技术系列课程电力电子技术·PowerElectronics第4章光伏逆变器的设计、仿真与实践2024/6/28

电力电子技术目录2.三相电压源型逆变电路3.脉宽调制型逆变电路5.逆变器的设计与仿真1.智能功率模块4.光伏发电系统6.逆变器的实践调试

4.1智能功率模块结构组成自保护功能智能功率模块（IntelligentPowerModule，IPM）是一种将电力电子和集成电路技术结合的功率驱动类产品；采用标准化的接口，方便与控制电路板相连接；在故障情况下的有自保护能力，降低了使用中损坏的机会，提高了整机的可靠性。定义智能功率模块IPM一般使用IGBT作为功率开关元件，内含电流传感器及驱动电路的集成结构。小功率器件采用多层环氧树脂粘合绝缘系统，封装费用特别低，适合低成本和尺寸要求的消费类和工业产品上；中、大功率器件采用陶瓷绝缘，保证所需的散热特性和更大的载流容量。根据集成功率半导体器件IGBT的数量，通常IPM有四种电路形式，单管封装（H型）、双管封装（D型）、六合一封装（C型）、七合一封装（R型），如图所示。单管封装的IPM模块结构只有一个功率管，适用于单相输出。双管封装的IPM一般是两只功率管串联，适用于单相半桥电路。六管的IPM模块，六个管子构成三组桥臂，适用于三相全桥电路。七管IPM与六管基本一致，差别在于多了一个管子，该管常作为泄放管。IPM的封装结构组成

4.1智能功率模块结构组成自保护功能智能功率模块由功率器件、驱动控制电路和检测保护电路等组成，如图所示。电流检测、电压检测以及温度检测器件与驱动电路连接，将检测信号传送给控制电路。驱动电路包含驱动保护电路以及芯片的供电电源电路，并设有端口与CPU连接。IPM中的每个功率器件都设有各自独立的驱动电路和多种保护电路。一旦发生负载事故或者使用不当等异常情况，模块内部立即以最快的速度进行保护，同时将保护信号送给外部CPU进行第二次保护。这种多重保护可以使IPM本身不受损坏，提高器件的可靠性，解决了长期困扰人们的器件损坏难题；而且IPM的开关损耗转换效率都优于IGBT模块。当IPM模块中有一种保护电路动作时IGBT栅极驱动单元就会关断并输出一个故障信号(FO)。各种保护功能介绍如表所示。自保护功能IPM内部保护功能框图

4.1智能功率模块结构组成自保护功能序号电路名称电路功能1驱动电路设定了最佳的IGBT驱动条件，驱动电路与IGBT间的距离很短，输出阻抗很低，因此，不需要加反向偏压2过电流保护、短路保护通过检测各IGBT集电极电流实现保护的，故能实时地监测IGBT工作状态，进行有效地保护3驱动电源欠电压保护（UV）每个驱动电路都具有UV保护功能，当驱动电源电压小于规定值UV时，产生欠电压保护4过热保护（OT）靠近IGBT芯片的绝缘基板上装有温度传感器，IPM的超温保护单元实时监测IPM基板温度，基板温度超过热断开阀值（OT）时，IPM内的温度保护电路就会终止栅极驱动，对模块实行软关断输出故障信号5误动作（FO）报警输出当各种故障动作持续1ms以上，IPM即向外部CPU发出误动作信号，直到故障撤销为止。若报警时间大于1.8ms时，此时间内IPM会封锁门极驱动，直到持续时间结束，门极驱动通道开放。6制动电路和逆变桥一样，内含IGBT、FRD、驱动，通过外接制动电阻可以方便地实现能耗制动。保护电路名称及功能

4.2三相电源型逆变电路电路组成180°导电型工作方式120°导电型工作方式采用IGBT作为开关器件的电压型三相桥式逆变电路如图所示，它可以看成由三个电压型单相半桥逆变电路组成。直流电源并联有大容量滤波电容器，具有电压源特性，内阻很小。这使逆变器的交流输出电压被箝位为矩形波，与负载性质无关。交流输出电流的波形与相位则由负载功率因数决定。三相逆变电路由开关管和反并联二极管组成6个桥臂，为滤波电容。6只开关管每隔电角度触发导通1次，相邻两相的功率开关触发导通时间互差，一个周期共换相6次，对应6个不同的工作状态（又称六拍）。根据开关的导通持续时间不同，可以分为导电型和导电型两种工作方式。三相逆变电路电路组成

4.2三相电源型逆变电路电路组成180°导电型工作方式120°导电型工作方式三相电压源型桥式逆变电路的每个桥臂的导电角度均为180，同一相（即同一半桥）上下两个桥臂交替导电，各相开始导电的角度依次相差120，从而输出相位互差的交流电压。在任一瞬间，有且只有三个桥臂同时导通，或两个上桥臂和一个下桥臂同时导通，或一个上桥臂和两个下桥臂同时导通。因为每次换流都是在同一相上、下两个桥臂之间进行的，因此也被称为纵向换流。为了防止同一相上下两桥臂的开关器件同时导通而引起直流侧电源的短路，要采取“先断后通”的方法。180°导电型