專利名稱：智能變頻模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種智能型變頻模塊，特別涉及一種具有高集成度的智能變頻模塊。
背景技術(shù)：
IPMdntelligent Power Module)，即智能功率模塊，不僅把功率開關(guān)器件和驅(qū)動電路集成在一起。而且還內(nèi)藏有欠電壓，過電流和過熱等故障檢測電路，并可將檢測信號送到CPU。它由高速低功耗的管芯和優(yōu)化的門極驅(qū)動電路以及快速保護(hù)電路構(gòu)成。即使發(fā)生負(fù)載事故或使用不當(dāng)，也可以保證IPM自身不受損壞。IPM —般使用IGBT作為功率開關(guān)元件，內(nèi)藏電流傳感器及驅(qū)動電路的集成結(jié)構(gòu)。IPM以其高可靠性，使用方便贏得越來越大的市場，尤其適合于驅(qū)動電機的變頻器和各種逆變電源，是變頻調(diào)速，冶金機械，電力牽引，伺服驅(qū)動，變頻家電的一種非常理想的電力電子器件。但普通IPM的整流電路、功率因數(shù)校正(PFC)電路、電機反饋電路只能在外部增加，這樣以來不可避免地要受到電源、設(shè)備、各功率器件及地線處理等外部因素帶來的附加噪聲，由于這些噪聲的種類、強度各不相同，所以盡管采取足夠的防范措施，還是不能完全避免誤動作的產(chǎn)生，嚴(yán)重時甚至?xí)p壞IPM。另外，普通IPM或者不具備自身過熱保護(hù)功能，需外加傳感器來彌補，一般會在靠近IGBT芯片的絕緣基板上安裝溫度傳感器；或者只具備外部設(shè)定電阻來實現(xiàn)過熱保護(hù)， IPM的安全性有所限制。普通IPM的短路保護(hù)是依靠過流保護(hù)來實現(xiàn)的，為縮短檢測與關(guān)斷之間的響應(yīng)時間，IPM采用了實時電流控制電路(RTC)，實時電流控制電路直接對IGBT的集電極電流進(jìn)行檢測，這種措施在一定程度上減少了響應(yīng)時間，但在實際應(yīng)用過程中，還需要更進(jìn)一步提高短路保護(hù)的可靠性。普通IPM的保護(hù)，只具有閉鎖功能，在保護(hù)動作閉鎖期間，即使有驅(qū)動信號為0N， IGBT也不工作。當(dāng)閉鎖期過后，普通IPM的保護(hù)動作會自動復(fù)位，此時只要有一路驅(qū)動信號為ON時，IPM就會驅(qū)動IGBT開通，這在某種程度上降低了保護(hù)的可靠性。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型主要目的在于解決上述問題和不足，提供一種具有高集成度、抗干擾性強、使用更為方便的智能變頻模塊。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型的技術(shù)方案是一種智能變頻模塊，由外殼組件、封裝在所述外殼組件內(nèi)部的功率基板、焊接在所述功率基板上的引腳及密封填充物組成，在所述功率基板上集成有主控制器、整流電路、功率因數(shù)校正電路、功率逆變電路、驅(qū)動電路、保護(hù)電路、自舉電路及電機反饋電路。進(jìn)一步，外殼組件由第一外殼和第二外殼組成，所述功率基板與所述第一外殼和第二外殼之間通過硅有機樹脂固定連接，所述外殼組件上設(shè)置有至少兩個定位孔。[0011 ] 進(jìn)一步，所述密封填充物為環(huán)氧樹脂。進(jìn)一步，所述功率基板為絕緣金屬基板。進(jìn)一步，所述保護(hù)電路中至少包括過熱保護(hù)電路，所述過熱保護(hù)電路包括所述模塊內(nèi)部的過熱保護(hù)電路和外部設(shè)定過熱保護(hù)電路。進(jìn)一步，所述保護(hù)電路中至少包括短路保護(hù)電路，所述短路保護(hù)電路與IGBT的集電極連接，還與外部芯片提供的6路驅(qū)動信號端連接。進(jìn)一步，所述功率基板上還集成有閉鎖復(fù)位模塊。綜上內(nèi)容，本實用新型所述的智能變頻模塊，與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下優(yōu)點(1)除具有普通智能功率模塊(IPM)的所有功能外，將功率因數(shù)校正電路、電機反饋電路集成在內(nèi)部，不僅大大提高了電網(wǎng)利用效率，降低能源消耗，還使產(chǎn)品的安全性、可靠性、抗干擾性、可操作性得到更進(jìn)一步提高。同時，大大簡化了硬件電路設(shè)計和外部接線、 縮短了開發(fā)周期。(2)該模塊結(jié)構(gòu)簡單，輕巧精致、超薄實用、安裝拆卸也非常方便。(3)由于該模塊將所有電路集成在內(nèi)部，通過科學(xué)合理的布局，提高其抗干擾性能，同時將內(nèi)部噪聲降至最小。(4)該模塊中集成的過熱保護(hù)電路，具有內(nèi)部過熱保護(hù)和外部設(shè)定過熱保護(hù)雙重功能，既可自我保護(hù)，又可人為設(shè)定，即便其中一個失效或者出現(xiàn)問題，另一個依然可以進(jìn)行及時有效地保護(hù)，使智能變頻模塊的安全性能更高。(5)該模塊中集成的短路保護(hù)電路，除了對IGBT的集電極電流進(jìn)行檢測，還會對外部芯片提供的6路驅(qū)動信號進(jìn)行判斷，使保護(hù)更加及時。(6)本產(chǎn)品適用于驅(qū)動三相電機的變頻器和各種逆變電源，可用于變頻調(diào)速、冶金機械、電力牽引、伺服驅(qū)動、變頻家電等領(lǐng)域。

圖1是本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1的A向視圖；圖3是本實用新型功能模塊框圖；圖4是本實用新型內(nèi)部電路圖；圖5是本實用新型外接電路圖。如圖1至圖5所示，外殼1，功率基板2，引腳3，定位孔4，主控制器5，整流電路6， 功率因數(shù)校正電路7，功率逆變電路8，驅(qū)動電路9，保護(hù)電路10，自舉電路11，電機反饋電路 12，控制板13。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖與具體實施方式
對本實用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述如圖1 和圖 2 所示，一種智能變頻模塊(Universal Intelligent Power Module, 簡稱UIPM)，由外殼1、功率基板2、引腳3和密封填充物組成。其中，引腳2焊接在功率基板 2上，焊有引腳3的功率基板2放置在外殼1內(nèi)。外殼1由兩個相互扣合的框架組成，功率基板2就被固定在兩個框架之間，在功率基板2的四周及兩個框架的四周都涂有硅有機樹脂，在加熱溶化后，硅有機樹脂將功率基板2及兩個框架均牢固固定連接在一起，該變頻模塊結(jié)構(gòu)簡單，超薄輕巧。在外殼1和功率基板2之間形成的空腔內(nèi)注入環(huán)氧樹脂作為密封填充物，提高了整個變頻模塊的防塵、防潮等級。本實施例中，在外殼1上設(shè)置有兩個定位孔4，用于與其它部件固定連接，安裝拆卸都非常方便。功率基板2采用絕緣金屬基板，具有高導(dǎo)熱性、高耐熱性和優(yōu)異的絕緣可靠性。如圖3和圖4所示，在功率基板2上具有主控制器5，另外還集成有整流電路6、功率因數(shù)校正電路7、功率逆變電路8、驅(qū)動電路9、保護(hù)電路10、自舉電路11、電機反饋電路 12。功率基板2的輸入電源為AC220V士 20%，50/60Hz。輸入電源AC經(jīng)過濾波電路、整流電路6和功率因素校正電路7輸送至功率逆變電路8，功率逆變電路8與電機M連接，同時功率逆變電路8的輸出端與驅(qū)動電路9、保護(hù)電路10、自舉電路11和電機反饋電路12的輸入端連接，其中，驅(qū)動電路9、保護(hù)電路10和自舉電路11由主控制器5控制，功率因數(shù)校正電路7、主控制器5和電機反饋電路12均與外接控制板13連接。該智能變頻模塊UIPM將這些電路全部集成在內(nèi)部，通過科學(xué)合理的布局，修正線路的阻抗，并加裝絕緣接地，不僅大大提高了電網(wǎng)利用效率，降低能源消耗，還與外部干擾隔絕，將內(nèi)部噪聲降至最小，同時，使產(chǎn)品的安全性、可靠性、抗干擾性、可操作性得到更進(jìn)
一步提尚。如圖5所示，該智能變頻模塊UIPM的外接控制板13，僅需將電源和驅(qū)動信號直接提供給UIPM，UIPM也將電機反饋信號和各種保護(hù)信號直接輸送給外部芯片，中間不再有其他環(huán)節(jié)。大大簡化了硬件電路設(shè)計和外部接線、縮短了開發(fā)周期，更主要的是它提高了系統(tǒng)的可靠性和安全性。如圖4所示，與功率基板2連接的引腳3共有32根。其中，14引腳和16引腳與外接電源AC連接；22-M、29、30-38引腳連接控制板13，將電源和6路驅(qū)動信號直接提供給 UIPM，同時UIPM將電機反饋信號和各種保護(hù)信號直接輸送給外部芯片；44、47、50引腳與電機M連接。本實施例中，保護(hù)電路中包括有過熱保護(hù)電路和短路保護(hù)電路。其中，過熱保護(hù)電路包括模塊內(nèi)部的過熱保護(hù)電路和外部設(shè)定過熱保護(hù)電路，具有內(nèi)部過熱保護(hù)和外部設(shè)定過熱保護(hù)雙重功能，既可自我保護(hù)，又可人為設(shè)定，即便其中一個失效或者出現(xiàn)問題，另一個依然可以進(jìn)行及時有效地保護(hù)，使智能變頻模塊的安全性能更高。過熱保護(hù)電路通過32引腳與外部芯片連接。內(nèi)部的過熱保護(hù)電路和外部設(shè)定過熱保護(hù)電路屬于現(xiàn)有技術(shù)，這里不再另做詳細(xì)描述。其中，短路保護(hù)電路與IGBT的集電極連接，還與外部芯片提供的6路驅(qū)動信號端連接，它除了對IGBT的集電極電流進(jìn)行檢測，還會對外部芯片提供的6路驅(qū)動信號進(jìn)行判斷，當(dāng)某相的上下橋臂驅(qū)動信號在某一時刻出現(xiàn)同時為ON時，UIPM會立即關(guān)斷IGBT所有驅(qū)動，使保護(hù)更加及時。短路保護(hù)電路通過32引腳與外部芯片連接，短路保護(hù)由該變頻模塊內(nèi)部主控制器5自我判斷實現(xiàn)。功率基板2上還集成有閉鎖復(fù)位模塊，閉鎖復(fù)位功能由該變頻模塊內(nèi)部主控制器 5自我判斷實現(xiàn)。該模塊中集成的閉鎖復(fù)位功能，即便閉鎖期已結(jié)束，故障輸出功能也不會
5復(fù)位，而是等到6路驅(qū)動信號全變?yōu)镺N時，保護(hù)動作才會解除，使保護(hù)更加可靠。UIPM適用于驅(qū)動三相電機的變頻器和各種逆變電源，是變頻調(diào)速、冶金機械、電力牽引、伺服驅(qū)動、變頻家電的一種理想的電力電子器件。例如，UIPM可以同時適用于驅(qū)動交流壓縮機和直流壓縮機，及可以同時驅(qū)動交流和直流風(fēng)機等等。如上所述，結(jié)合附圖所給出的方案內(nèi)容，可以衍生出類似的技術(shù)方案。但凡是未脫離本實用新型技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本實用新型的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本實用新型技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種智能變頻模塊，其特征在于由外殼、封裝在所述外殼內(nèi)部的功率基板、焊接在所述功率基板上的引腳及密封填充物組成，在所述功率基板上集成有主控制器、整流電路、 功率因數(shù)校正電路、功率逆變電路、驅(qū)動電路、保護(hù)電路、自舉電路及電機反饋電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能變頻模塊，其特征在于所述外殼由兩個相互扣合的框架組成，所述功率基板固定在兩個框架之間，在所述外殼上設(shè)置有至少兩個定位孔。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的智能變頻模塊，其特征在于所述功率基板、兩個所述框架之間均通過硅有機樹脂固定連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能變頻模塊，其特征在于所述密封填充物為環(huán)氧樹脂。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能變頻模塊，其特征在于所述功率基板為絕緣金屬基板。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能變頻模塊，其特征在于所述保護(hù)電路中至少包括過熱保護(hù)電路，所述過熱保護(hù)電路包括所述模塊內(nèi)部的過熱保護(hù)電路和外部設(shè)定過熱保護(hù)電路。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能變頻模塊，其特征在于所述保護(hù)電路中至少包括短路保護(hù)電路，所述短路保護(hù)電路與IGBT的集電極連接，還與外部芯片提供的6路驅(qū)動信號端連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能變頻模塊，其特征在于所述功率基板上還集成有閉鎖復(fù)位模塊。
專利摘要本實用新型涉及一種智能變頻模塊，由外殼組件、封裝在所述外殼組件內(nèi)部的功率基板、焊接在所述功率基板上的引腳及密封填充物組成，在所述功率基板上集成有主控制器、整流電路、功率因數(shù)校正電路、功率逆變電路、驅(qū)動電路、保護(hù)電路、自舉電路及電機反饋電路。該智能變頻模塊結(jié)構(gòu)簡單，輕巧精致、超薄實用，不僅大大提高了電網(wǎng)利用效率，降低能源消耗，將內(nèi)部噪聲降至最小，還使產(chǎn)品的安全性、可靠性、抗干擾性、可操作性得到更進(jìn)一步提高。同時，還簡化了硬件電路設(shè)計和外部接線、縮短了開發(fā)周期。
文檔編號H02M5/40GK202111629SQ20112022792
公開日2012年1月11日 申請日期2011年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月30日
發(fā)明者張永利, 虞朝豐, 隋明勛, 馬英華 申請人:山東朗進(jìn)科技股份有限公司