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引言
由于½内电力供需矛盾的日益紧张，½得变频空调以其节½、舒适、高可靠性，得到了越来越多的消费者的青睐，市场占有率不断提高。
而½为变频空调的逆变器核心功率级电路——智½功率模块的性½也就格外引人注目。在变频空调中，智½功率模块½然成本相对较高，½
仍以其高可靠性和良½的一致性在批量生产中获到了极广泛的应用。
1
智½功率模块的一般特点
智½功率模块是电力集成电路的一种，集功率器件（IGBT）、驱动电路和保护功½于一½，内部含有门极驱动控制、故障检测和多种保
护电路，其核心器件是
IGBT。智½功率模块与以往 IGBT
模块及驱动电路的组件相比具有许多优点：
1）内含驱动电路，保证 IGBT
最½驱动条件；
2）内含过电流保护（OC）、短路保护（SC）；
3）内含驱动电源欠压保护（UV）；
4）内含½损耗 IGBT
和续流二极管；
5）信号输入端兼容 3.3/5VCMOS/LSTTL
电平；
6）½的输入电压范围；
7）内含过热保护；
8）内含故障输出（FO），向外部输出故障信号，½下桥臂 OC、UV
保护动½时，通过向控制智½功率模块的微处理器输出故障信号，实
现系统保护。
以上是智½功率模块的一般特点，对于具½不同型号的智½功率模块，其内部所集成的功½可½有所差异，½一般½具有上述特点。
2
FSBB20CH60
的特点
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为满足人们对日益增长的½噪声、高性½、小型化、½量化的要求及花最小的代价获得最½的性½和精确的控制。飞兆半导½公司推出
了新一代的智½功率模块
FSBB20CH60，它除了具有上述一般智½功率模块的优点外，还具有下列特点：
1）上桥臂驱动器电源½用自举（Bootstrap）电源技术，全部驱动共用一个电源；
2）内含隔离高压的快速电平移½电路（level shifter）；
3）由于采用了 DBC
技术，因而热阻极小；
4）3
个独立
N
极接线端子结构，有助用户方便、高效地检测各相的负½½电流，从而实现高效率、½成本电机驱动算法与检测；
5）输入端信号高电平有效，更有利于与 CPU
的控制连接；
6）控制信号不需要光耦隔离；
7）高压侧外接栅极电阻½让设计人员调节 SPM
的开关速度，此举有助于优化开关损耗和开关噪声，并且降½电压应力(可½在极端条件
下引起
HVIC
闭锁)。
FSBB20CH60
的内部电路如图
1
所示[1]。
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图
1
FSBB20CH60
内部电路
在图
1
中，上面的
3
个高压集成电路
HVIC
1
½HVIC
3
驱动三相桥臂的上管，下面的
LVIC
驱动三相桥臂的下管。其中，HVIC
1
½HVIC
3
中集
成了输入
PWM
信号整½电路、电平移½电路、欠压保护电路、IGBT 驱动电路，其结构示意图如图
2
所示。
图
2
HVIC
内部结构示意图
新一代智½功率模块的最大的特点是实现了单电源驱动，其核心技术是驱动电源采用自举电源技术和电平移½电路。由于
SPM（智½功
率模块）内部建立起了电平移½电路，从而省去了光耦，并且允许
6
个输入控制端直接连接
CPU/DSP。其原理示意图如图 3
所示，工½原理
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分析如下：½输入脉冲信号为“1”时，经过脉冲鉴别器确认，且此时无欠压发生，闩锁逻辑电路上端输出为“1”，下端输出为“0”，此
时，S
1
管导通，S
2
管关断，IGBT1 的门极驱动电压为＋15V，IGBT
1
导通，IGBT
2
关断；反之，½输入脉冲信号为“0”时，IGBT
1
关断，IG
BT
2
导通。自举电源由图
3
中的电阻
R
1
、自举二极管
D
1
和自举电容
C
1
组成，½下桥臂
IGBT
2
导通时，自举电容
C
1
通过
R
1
和
D
1
充电，这里
必须保证
C
1
首次充电时，IGBT
2
导通一定的时间，½得
C
1
充电充分，这样
C
1
两端的电压保持为＋15V，足够驱动上桥臂的
IGBT
1
，通过这种
自举电源技术，允许
IGBT
1
的源端在
P、N
之间浮动。
图
3
自举电源和电平移½电路原理
智½功率模块外围电路的设计同以往非单电源智½功率模块的外围电路的设计有所不同，由于采用单电源模块实现共地系统，MCU 发出
的
6
路
PWM
脉冲信号½不需要经过光耦隔离就可以直接连接到
SPM
相应的引脚[2]。另外，智½功率模块需要有自举电源电路，其中自举
二极管需要选择反向恢复时间短的快速二极管，自举电容需要选择容量在
10μF
以上的电解电容，以保证自举电源有效可靠地工½。
在变频空调中由于强弱电的存在，考虑到安全性，现在仍普遍采用隔离方案。正基于此，本次设计采用光耦隔离方式，设计出了一种高
性½功率模块。这种模块化的设计，有利于整个系统的匹配。
3
高性½功率模块的设计
在高性½功率模块的设计过程中有几个需要注意的关键问题：首先在模块设计时就要考虑其安全性即模块单独上电时，其自身的安全。
由于模块为输入高电平有效，因此，常态下应确保模块输入端为½电平。其次要注意印制电路板的线间电气间隙和整½布局，确保电路板的
安全和抗
EMI
的½力。最后还要考虑与整个系统之间的配合。
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3.1
外部隔离驱动设计
具½的
SPM
模块采用的是飞兆单电源模块
FSBB20CH60，电路如图 4
所示。其驱动信号由室外板
CPU
输出，经
IC
1
½IC
6
光耦隔离，由
Q
11
½Q
16
三极管反相后输入到
SPM
模块
6
路控制端。每一路½½用了一个普通三极管和一个普通光耦相连接，代替一高速光耦；同时为达到
提高响应速度的目的，平常½三极管工½在临界饱和状态，以补偿由于光耦开通和关断时间的离散性而导致的
6
路驱动信号之间的不平衡；
减小光耦的输入端电阻，以达到提高光耦的响应速度，
R
43
½
R
48
为光耦
IC
1
½IC
6
输入的限流电阻，
R
31
½
R
36
分别为光耦
IC
1
½IC
6
输出的偏½
电阻，
R
37
½
R4
2
分别为三极管反相器
Q
11
½Q
16
的偏½电阻，
C
21
½
C
26
为高频噪声吸收电容。SPM 内部由
6
只
IGBT
构成的具有上下桥臂的三
相桥式电路，根据
CPU
的驱动信号按顺序和时序½流导通，实行对直流线线电压
V
PN
进行斩波，调制成压缩机运½所需的电源，再经
SPM
的
U、V、W
三相输出端输出加到压缩机电动机端子上，½压缩机按照设定要求进行变频调速。
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