如何优化IGBT变频器模块？

IGBT变频器模块在频率范围、动态响应、调速精度、低频转矩、转差补偿、通信功能、智能控制、功率因数、工作效率等方面有其独特的优越性能。它具有体积小、重量轻、通用性强、应用领域宽、保护功能完善、可靠性高、操作方便、节能等特点。

1.IGBT变频器产品特点

（1）结构

1）由于采用模块化设计，把6个IGBT芯片、6个FWD芯片组成的三相高频逆变电路、一个制动单元以及三相整流桥，驱动电路，保护电路和控制电源等都集成到模块内，在模块内部实现了复杂的电联结和器件的对称布局，布线极为合理。因此大大减少和缩短了内部连线，使得结构非常紧凑，很好地解决了高速开关器件和驱动电路的分布参数问题，因而得到了较高的技术指标。同时为安装带来极大的方便。

2）主电路采用方形芯片、高级芯片支撑板，模块压降小、功耗低，效率高，节电效果好。

3）采用（DCB）陶瓷覆铜板，经独特处理方法和特殊焊接工艺，保证焊接层无空洞，导热性能好。

4）采用专用IC、贴片元件等，提高了智能化控制能力，保证了驱动和控制电路的可靠性。

5）模块内部采用高热导绝缘硅凝胶灌封，满足主电路所有芯片绝缘、防潮、导热的需要。外部采用环氧树脂浇铸，实现上下壳体的牢固联结，以达到较高的防护强度和气闭密封。

6）驱动和控制PCB全部密封在0.3mm厚的铜质屏蔽罩内，避免了来自主电路的高频开关干扰和外界环境的影响，使得模块驱动和控制系统工作稳定可靠。

7）主电路、控制电路与导热底板相互绝缘，绝缘电压≥2500V（RMS），保证了人身安全。

8）采用先进的开关电源制造技术，使变频器所需控制电源由传统的4路输入变为1路输入，在模块内部通过独特方法实现4路隔离输出，满足驱动电路需要，并保证人身安全。

（2）驱动及控制性能

1）开关速度快。模块内的IGBT芯片都选用高速型，而且驱动延时小，所以开关速度快，损耗小。

2）低功耗。模块内部的IGBT导通压降低，开关速度快，所以功耗小。

3）具有快速的过流和短路保护功能。变频器模块实时检测IGBT电流，当发生严重的过流或直接短路时，IGBT将被软关断，同时发出故障信号。

4）具有过热保护功能。在靠近IGBT芯片的绝缘基板上安装了温度传感器件，当基板达到设定温度时，变频模块内部控制电路将截止栅极驱动。

5）抗干扰能力强。优化的栅极驱动与IGBT集成，布局合理，无外部驱动线。

6）模块内部已采取防静电措施，外部无须再采取防静电措施。

集成IGBT变频器模块的附件有：

1）配置的单片机数字自动控制，应用中可根据需要设定运行参数，关机或掉电后不丢失。

2）配置的控制盒上的数码管可以显示相应的频率及电流。控制盒上带有电位器，可进行手动控制。当需要自动控制时，可通过内部程序以及设定实现全自动控制。

2.集成IGBT变频器型号规格及型号

模块型号规格见表3-3，模块型号释义如图3-13所示，变频器模块技术参数见表3-4。

图3-13 模块型号释义

表3-3 模块型号规格

表3-4 变频器模块技术参数

3.模块内部电原理图

模块内部电原理图如图3-14所示，为保证变频器模块安全工作，本系列模块集成了过电流保护、短路保护和过热保护等。当模块发生异常时，集成IGBT变频器模块配置的控制盒上的数码管将显示对应故障的代码，模块停止输出，发生故障时，电动机若在旋转，将会自由停车，直至停止旋转。模块的保护类型及故障对策见表3-5。(www.xing528.com)

图3-14 模块内部电原理图

表3-5 模块的保护类型及故障对策

4.模块的安装

模块外形尺寸：294mm×200mm×56mm；固定孔中心距：268mm×174mm；各型号模块重量基本相同，为5.3kg。

（1）模块的安装步骤

1）把散热器和风机按通风要求装配于机箱合适位置。

2）在模块导热底板表面与散热器表面各均匀涂覆一层导热硅脂，然后用6个螺钉把模块固定于散热器上，每个螺钉用力要均等，使模块底板与散热器表面紧密接触，并避免拉裂塑料外壳。当模块工作一段时间后，由于热胀冷缩的原因，会使螺钉松动，应在断电后重新紧固一遍，以保持各部位结合牢固。

3）用接线端头环带将铜线扎紧，最好再浸锡。然后套上绝缘热缩管，用热风或热水加热收缩。将接线端头平放于模块电极上，用螺钉紧固，保持良好平面压力接触。

4）将15芯接插件插入模块相应插座，并拧紧固定螺钉。

5）将9芯接插件插入控制盒插座，并拧紧固定螺钉。

6）两芯屏蔽线为控制电源引线，按下列要求正确压接到电源接线柱上：红色为DC20V电源正极；黄色及屏蔽线为电源负极。

（2）模块外围配线

模块接线示意图如图3-15所示。在图3-15中，C₁为铝电解电容，C₂为无感电容，按表3-6选取。R₁：充电电阻100Ω/50W；R₂：制动电阻，按表3-7选取（当模块具有制动功能时需要）；K：交流接触器，按表3-8选取；空气断路器、快速熔断器的选取按表3-9。

图3-15 模块接线示意图

表3-6 电容的配置

表3-7 制动电阻的配置

表3-8 交流接触器的配置

表3-9 空气断路器、快速熔断器的选取

接线注意事项如下。

1）C₁铝电解电容，每两只先串联，然后再并联；C₂无感电容全部并联。

2）接线时将交流接触器三路并为一路使用，在上电过程中，当C₁电压达到450V左右时交流接触器闭合。

3）模块的V、V、W输出端应对应电动机的V、V、W输入端连接（勿添加其他配件，如续流二极管等）。

4）严禁将输入电源线接在模块输出端子上，否则将烧毁模块。