【技术大神】小谈如何用IPM实现高性能家用洗衣机

时间： 2019-07-29 来源：技术大神活动文章

代理服务

技术支持

现货查询

批量订货

做伺服电机驱动控制系统是一件很有意思的事情，笔者常常喜欢通过挑战自己来提高自己的能力水平。最近，笔者正在做一款高性能的家用洗衣机的伺服电机驱动设备。在此设备的硬件选型设计中智能功率模块起着至关重要的作用。

图1：智能功率模块各种样式

智能功率模块简称IPM，一般用于三相全桥逆变场合。它将6个IGBT封装起来，引出引脚，供用户使用。不同的模块内部还集成了各种其它电路或器件，比如整流电路、保护电路、泵升电路、PTC电阻等。

还是先从项目需求谈起：220V整流后给系统供电，洗衣机电机的额定电流为5A。需要考虑大惯量满负载的工作情况，系统惯量可变，能够以大惯量负载启动。首先要做的就是逆变电路的器件选型，此次项目，笔者选用集成式的智能功率模块。在对比了业界前辈们习惯用的F品牌的IPM之后，笔者最终选择了世强代理的VINCOTECH功率模块，型号为80-M006PNB010SA01-K615D。

在使用Vincotech的品牌之前，笔者也去它的官网以及各大行业论坛了解了一番。Vincotech研制的功率模块处于世界领先水平，很多参数性能都做的很不错，和其他品牌相同规格的产品对比，能有更小的等效内阻，能承受更大的峰值电流。

首先两者关于内部IGBT的基本参数都是一样的：600V，10A。虽然Vincotech的价格贵了些，但是它的内部的东西却比F品牌的IPM要多很多东西。下图为带引脚编号的内部结构图：

图2：功率模块内部结构原理图

从上图可以看出，Vincotech的功率模块一般自带单相或者3相整流桥，因此，可以省去一块整流桥，以及一个RTC热敏电阻的成本。笔者在这里选用的是带单相整流桥的功率模块，具体型号后缀为K615D。关于此功率模块的作用，我将一一道来。

整流二极管的参数如下图，反向耐压值高达1200V，正向电流25A，虽然比不上某些分立器件1800V、30A的指标，但是用在此项目上，1200V、25A绰绰有余，且成本更优。

图3：整流桥二极管参数

至于PTC热敏电阻，在此有个很大的妙用。下图是笔者设计的电路中关于PTC使用的原理图。

图4：整流桥的前级电路与PTC电阻的控制电路

笔者在设计伺服驱动器的时候喜欢在逆变器的主回路中串联一个PTC，特别是涉及到带负载启动的时候，串联的PTC热敏电阻可以从硬件的角度限制输出电流，避免在启动的时候电流过大烧毁伺服驱动系统。随着时间的推移，积聚在PTC热敏电阻上的热量逐渐增大，电阻阻值逐渐减小，电流就会慢慢升上去了。Vincotech的功率模块上的PTC正好有此妙用。

上图加入了一个继电器做吸合，是为了防止轻载启动时刻电流一直很小，那样电阻阻值降不下来，系统便无法正常工作。继电器采用一个三极管控制，基极用MCU的IO去控制，15V电源通过BUCK电路从整流桥后级得到。

关于逆变器部分采用基本的三相桥式逆变电路。IGBT的驱动端电压根据下图可以看出是需要15V的压差驱动。

图5：IGBT门极驱动电压参数

对于上三管的供电有两种选择：
1）采用隔离变压器另外变出三个电源；
2）用电容作为电荷泵，给上三管供电。

笔者采用了第二种做法，选择了一块笔者熟悉的IGBT预驱动芯片给上三管供电。15V电源由来便是上文的继电器供电电源（DC-DC变换得来）。另外一点就是散热的问题如何解决。笔者采取了传统的贴上大块铝散热片解决。

总结一下Vincotech 80-M006PNB010SA01-K615D型号的功率模块的优势，有以下四点：
1）价格虽不是最便宜的，但它也在合理的价格范围之内。
2）各个特性参数较同等级产品而言，在IGBT的等效内阻、结电容和瞬态峰值电流三方面优异很多。
3）有些系列内部自带整流桥（单相/三相），以及PTC热敏电阻。
4）虽然内部的上三管没有驱动电路，但是这给了工程师更多自由发挥的空间。可以由工程师自主选择用泵升还是隔离电源。

以上便是笔者的经验分享，若有不足之处，还请各位指正。

作者：坚栋

发送到邮箱 |
+1 赞 0
收藏
评论 2
| 转发至：

本网站所有内容禁止转载，否则追究法律责任！

全部评论（2）

土木 Lv7. 资深专家 2017-02-19

回复132***62用户：第7个管子我们一般用作泄放回路的开关
用户62864741 Lv5. 技术专家 2017-02-14

还可以用集成7个管子的做功率因数校正

没有更多评论了

【应用】开关频率可达50kHz IGBT功率模块助力APF降低损耗、提高效率

Vincotech推出的flowNPC系列 I 型三电平模块（典型型号为：10-FY07NPA150SM02-L365F08）其结构紧凑，将多个分立器件集成到一个模块中，减少了功率器件之间连线的寄生阻抗。

2017-10-10 - 新应用代理服务技术支持现货查询批量订货

【应用】IGBT功率模块在充电设备上的应用

半导体材料在当前的电池充电应用中扮演着越来越重要的角色，Vincotech公司开发了一系列针对这种应用的全功率范围的功率模块，该模块设计大大节省了PCB板的面积。

2016-03-02 - 新应用代理服务技术支持现货查询批量订货

【应用】伺服驱动器放进“关节”里，智能功率模块帮你实现

该模块集成三相整流桥、逆变模块、制动模块以及对应的IGBT驱动，实现了很高的功率密度

2019-09-04 - 新应用代理服务技术支持现货查询批量订货

【产品】1200V/100A七管封装功率IGBT模块，采用英飞凌第四代IGBT芯片技术

flow7PACK 2是Vincotech推出的一款具有优异电磁兼容性能，采用低电感flow 2封装的功率模块。

2017-09-27 - 新产品代理服务技术支持现货查询批量订货

VINCOTECH功率模块选型表

VINCOTECH提供以下技术参数的功率模块产品选型，提供PIM模块，6管（sixpack）模块，半桥（Half-Bridge）模块，全桥（H-Bridge）模块，I型三电平（NPC）模块，T三电平（MNPC）模块，升压（Booster）模块，电力电压模块等数十种拓扑的IGBT模块选型，电压范围600-1600V，电流范围4-1800A。

产品型号	品类	产品状态	拓扑	电压(V)	电流(A)	模块高度 (mm)	晶圆工艺	封装
10-0B06PPA004RC-L022A09	SiC功率模块	Series production	PIM+PFC(CIP)	600V	4A	17mm	IGBT RC	flow 0B

选型表 - VINCOTECH 立即选型

VINCOTECH-IGBT功率模块选型表

VINCOTECH提供以下技术参数的IGBT功率模块产品选型，VOLTAGEIN：600-1800V，CURRENTIN：4-1800A

产品型号	品类	SUB-TOPOLOGY	PRODUCT LINE	VOLTAGEIN（V）	CURRENTIN(A)	MAIN CHIP TECHNOLOGY	HOUSING FAMILY	HEIGHTIN（mm）	ISOLATION
V23990-K429-A40-PM	IGBT功率模块	CIB-KE-NTC	MiniSKiiP® PIM 3	1200	75	IGBT4	MiniSKiiP® 3	16	Al2O3

选型表 - VINCOTECH 立即选型

智能功率模块（IPM）与七单元（PIM）有什么不同？

七单元(PIM)是通常是指集成了整流和逆变单元的功率模块；IPM是指智能功率模块，它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。

2017-10-10 - 技术问答代理服务技术支持现货查询批量订货

不带铜底板IGBT功率模块的散热设计

不带铜底板的IGBT模块已经成为模块封装发展的一个趋势，本文通过大量仿真及实验数据，介绍了Vincotech公司推出的预涂高性能导热硅脂服务对模块散热的改善效果。

2016-04-15 - 设计经验代理服务技术支持现货查询批量订货散热方案设计

BM64364S-VA 600V IGBT Intelligent Power Module (IPM) Datasheet

型号- BM64364S-VA

24.Jun.2016 - ROHM - 数据手册 - Rev.003 代理服务技术支持现货查询批量订货

BM6437*S/-VA 600V IGBT Gen.3 Intelligent Power Module (IPM) Application Note

型号- BM64377S-VA,BM6437*S,BM6437XS-XX,BM64374S-VA,BM6437*S-VA,BM64374S,BM64375S,BM64378S-VA,BM64375S-VA,BM64377S,BM64378S

2020.12.24 - ROHM - 应用笔记或设计指南 - Rev.001 代理服务技术支持现货查询批量订货

智能功率模块(Intelligent Power Module)

型号- GDD40A065,GAM20A060,GFM05A060,GAM SERIES,GM001,GAM15A060,GM001系列,GFM,GM00115A060,GAM,GFM系列,GFM SERIES,GFM2A5050,GAM系列,GM001 SERIES,GAM10A060

2020/12/22 - 格力新元电子 - 快速参考指南代理服务技术支持现货查询批量订货

可实现能量最优转换的IGBT功率模块

尺寸为82mmx59mmx16mmMiniSKiiP 3 功率模块，适用于工业驱动及嵌入式驱动等领域。受到工程师的一致好评！

2016-08-17 - 新产品代理服务技术支持现货查询批量订货

BM6337S/-VA/-VC,BM6357S/-VA/-VC 600V IGBT Gen.3 Intelligent Power Module (IPM) Application Note

型号- BM63*73S,BM63*74S,BM6337*S-VC,BM6337*S-VA,BM63*77S,BM63*75S,BM63373S-VA,BM6357*S,BM63373S-VC,BM63X7XS-XX,BM63375S-VA,BM6337*S,BM63377S-VA,BM63574S-VA,BM6357*S-VC,BM6357*S-VA,BM63577S-VA,BM63374S-VA,BM63573S-VA,BM63575S-VA

2020.11.24 - ROHM - 应用笔记或设计指南 - Rev.001 代理服务技术支持现货查询批量订货

【产品】高速三相NPC拓扑IGBT, NPC效率高达99%

Vincotech发布了一款高速高效能三相NPC，该款三相NPC相比于其他同类产品，可将NPC效率提高至99%（16kHz）和 98.8%（32kHz）。

2016-05-10 - 新产品代理服务技术支持现货查询批量订货

【经验】Vincotech的压接引脚技术为IGBT无焊组装提供完美的解决方案

Vincotech的压接引脚为IGBT无焊组装提供了完美的解决方案。本文以Vincotech的20-1B12IPA008SC-L239C09为例，针对其功率模块IGBT从封装技术的角度进行简要分析。Vincotech的新型压合技术减少了装配时间和成本，同时提高了可靠性。而且具有设计灵活性，可以自由选择PCB厚度，并易于PCB修复和再利用。