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R1ABCC2C1图3-2 整流滤波电路
(1)整流电路
本逆变电源设计中的整流部分采用三相不可控整流电路，如图3-2所示。输入为频率50Hz、相电压为220V的三相交流电，其输出的直流电压最大值为
。随着负载的加重Ud在2.34U～2.45U之间。
本文设计的电源的额定输出功率，考虑到滤波器的损耗以及功率开关管的开关损耗，设效率为η=80%，则有P=1000/0.8=1250W。工作时，考虑到电压会下降，设下降值约为10%，则有：
(3-1)
电流定额：电压耐量：其中
(3-2) (3-3)
分别为电流、电压安全余量系数。考虑到输入电压的波动及降
额使用，本电源选择了6A、1000V的整流二极管。规格参数如下表3-1所示。
表3-1 HER608参数表
产品名 零件号 最大反向工作电压Vr（V） 最大平均正向电流（A） 最大正向浪涌电流Ifsm（A） 最大反向电流Ir（μA） 最大反向恢复时间（ns） 高效整流二极管 HER608 1000 6 200 10 75 资料来源：陈国星.PWM变频调速及软开关电力变换技术[M].北京:机械工业出版社，2002.
(2)滤波电容选取方法
设逆变电路输入功率为P,电容上平均电压为Ud,则等效的滤波电路负载电
2/P。阻为RL?Ud整流后电压脉动频率为f(三相全桥整流f=300Hz),周期T=1/f,
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则滤波电解电容的电容量为:C=(3～5)T/R。本系统中选用NICHICON耐压为450V,1500?F电解电容,两个电容串联以提高耐压, 防止开机和停机瞬间冲击电压过大而损坏电容。图中电阻是为工作时平衡电容电压、开机和停机时减小冲击电压和停机后消耗电容储存电荷而设置的,一般取电阻为50k?,5～10W。 3.2.3输出滤波电路的设计
LC 图3-3 LC滤波电路
采用SPWM控制的逆变电路,输出的SPWM波中含有大量的高频谐波,加上防止上下桥臂直通而设置的死区、晶体管开关时间和功率器件参数差异等因素,输出电压中也含有一定的低次谐波,为了保证输出波形谐波满足要求,必须采用输出滤波器。设计的滤波器如图3-3所示,图中感抗XL??L?2?fL,其随频率的升高而增大；容抗Xc?1/(?C)?1/(2?fC),其随频率的升高而减小。?L?1/(?C)所对应的频率为截止频率fc，fc?1/(2?LC)。设逆变器输出电压的基波频率为f0,最低次谐波频率为fk，则f0?fc??fk,所以当?L??1/?C时,电感对基波信号的阻抗很小,电容对基波的分流很小,即滤波器允许基波信号通过,而
?L??1/?C时,电感对谐波信号阻抗很大,电容对谐波信号的分流很大,即滤波
器不允许谐波信号通过负载。该滤波器可以满足滤波要求。一般取滤波器的截止频率fc?(3~5)f0,为了避免对某次谐波过度放大,取
(3-4)
对电感L和电容C的取值按以下方法:根据逆变器的输出功率和输出电压求
2/PN?2202/1000?48.4?,滤波器的标称特性阻抗得负载阻抗RL?U0R=(0.5～0.8)RL,取R?0.65RL?0.65?48.4?31.2?,则
(3-5)
(3-6)
实际电路中,取L=2.78mH,C?2.86?F。
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3.3智能功率模块IPM的设计 3.3.1 智能功率模块IPM的介绍
智能功率模块IPM（Intelligent Power Module）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或DSP作中断处理，它由高速低功耗的管芯和优化的门级驱动电路以及快速保护电路构成。即使发生负载事故或使用不当，也可以使IPM自身不受损坏，IPM一般使用IGBT作为功率开关器件，并内藏电流传感器及驱动电路的集成结构，三菱IPM以其高可靠性，使用方便赢得越来越大的市场，因此本文采用三菱公司的IPM。
IPM的功能框图如图3-4所示。IPM内置驱动和保护电路，隔离接口电路需用户自己设计。
IPM智能模块门极控制+15V电源控制信号地+5V电源F0门极驱动欠压保护过流,过热保护短路保护电流检测温度检测 图3-4 IPM功能框图
（1）开关速度快。IPM内的IGBT芯片都选用高速型，而且驱动电路紧靠IGBT芯片，驱动延时小，所以开关速度快，损耗小。
（2）低功耗。IPM内部的IGBT导通压降低，开关速度快，故IPM功耗小。 （3）快速的过流保护。IPM实时检测IGBT电流，当发生严重过载或直接短路时，IGBT将被软关断，同时送出一个故障信号。
（4）过热保护。将靠近IGBT的绝缘基板上安装一个温度传感器，当基板过热时，IPM内部控制电路将截止栅极驱动，不响应输入输入控制信号。
（5）桥臂对管互锁。在串联的桥臂上，上下桥臂的驱动信号互锁。有效防止上下桥臂同时导通。
（6）抗干扰能力强。优化的门级驱动与IGBT集成，布局合理，无外部驱动线。
（7）驱动电源欠压保护。当低于驱动电源（一般为15V）就会造成驱动能力不足，增加导通损坏，IPM自动检测驱动电路，当低于一定值超过10
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时，将
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截止驱动信号。
（8）IPM内藏相关的外围电路。缩短研发周期，加快产品上市。 （9）无须采取防静电措施。
（10）大大减少了元件的数目，体积相应小。
在智能USP系统中，逆变器的设计是关键，为满足系统的智能化和IGBT的高开关频率的要求，CPU芯片采用TMS320LF2407A。该芯片有两组共12路PWM输出引脚。它们能直接产生PWM波形，用以控制IGBT的通断。 3.3.2 IPM模块的选择
IPM的特点是集功率变换、驱动与保护电路于一体，但是在实际的使用过程中，仅仅依靠其内部集成的驱动装置是不够的，输入控制信号与驱动输出之间必须有良好的电气隔离，驱动输出直接连接IPM模块，与强电相连。控制信号一般由单片机或DSP输出，为了避免强电对其干扰，两者之间必须进行电气隔离。而且此隔离电路必须放大SPWM控制信号的驱动能力，同时还要保证转换速度和转换精度。为此，在驱动电路设计中选用了高速光耦HCPL4504接收并转换SPWM信号，配合使用PC817接收并转换IPM的F0故障输出信号，F0输出低电平有效，所以直接将四路F0接入DSP的PDPINT中断接口，当故障信号发生时，DSP将中断SPWM控制波的生成。
另外，IPM对驱动电路输出电压的要求很严格,具体为：驱动电压范围为15V±10%,电压低于13.5V将发生欠压保护，电压高于16.5V将可能损坏内部部件；驱动电压相互隔离，以避免地线噪声干扰；驱动电源绝缘电压至少是IPM极间反向耐压值的两倍；驱动电路输出端滤波电容不能太大，这是因为当寄生电容超过100pF时，噪声干扰将可能误触发内部驱动电路。
逆变电源系统额定输出参数为：电压U0=220V，功率P0=1000W，频率fo=400Hz，效率η为80％。则逆变器功率为
开关的峰值电流值：
（3-8）
其中，K?为过载系数，Ka为安全系数。
系统直流侧输出电压约为Ud=540V，考虑到电压和电流尖峰的影响，本文选择的是内部封装六个IGBT的三菱公司的PM10RSH120，此模块集电极和发射极的最大允许峰值电压为1200V,最大工作电流为10A，并内置有过电流、过电压、过热等故障检测电路和快速保护电路，能较好的完成设计要求，提高系统的可靠性。
本文选择了一种可以获得高质量15V电源的方案。M57140-01和M57120L
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(3-7)
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是三菱公司专门为其IPM配置的电压转换模块。在M57120L的输入端加一路113V-400V的直流电压可以在输出端得到一路20V的直流电压，在M57140-01的输入端加一路18V~22V的直流电压，输出端可以得到4路相互隔离的15V电压。所以将M57120L与M57140-01配合使用将母线电压转换为精确的4路隔离的15V电压，方便地为IPM供电，如图3-5所示。
M57140-01M57120L12117521456+113-400V(DC)2.2μF+1501413+47μF+330μF+1512110+151090+15087123图3-5 IPM外围驱动电路
3.3.3 DSP与IPM的连接电路
IPM的特点是集功率变换、驱动与保护电路于一体，但是在实际的使用过程中，仅仅依靠其内部集成的驱动装置是不够的，输入控制信号与驱动输出之间必须有良好的电气隔离，驱动输出直接连接IPM模块，与强电相连。控制信号一般由单片机或DSP输出，为了避免强电对其干扰，两者之间必须进行电气隔离。而且此隔离电路必须放大SPWM控制信号的驱动能力，同时还要保证转换速度和转换精度。为此，在驱动电路设计中选用了高速光耦HCPL4505接收并转换SPWM信号，配合使用PC817接收并转换IPM的F0故障输出信号，F0输出低电平有效，所以直接将四路F0接入DSP的PDPINT中断接口，当故障信号发生时，DSP将中断SPWM控制波的生成。
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