IPM驱动和保护电路的研究

在应用要求不高的场合也可以用常用的整流电路得到的２０Ｖ直流电压取代Ｍ５７１２０作为Ｍ５７１４０－０１的输入端，也可以采用整流电路直接得到的１５Ｖ直流电压为ＰＭ１００ＤＳＡ１２０供电，但效果不如图５所示的方案，实践应用中证明了这一点。

３ ＩＰＭ保护电路的设计

完善的系统保护不能只依靠ＩＰＭ的内部保护机制，需要辅助外围的保护电路，这可以通过硬件的方式实现，也可以通过软件的方式实现。

３.１ ＩＰＭ保护电路的硬件实现

实现方式很多，列举两个例子说明。

方案一 ＰＷＭ接口电路前置７４ＨＣ２４５、７４ＨＣ２４４等带控制端的三态收发器，如图６所示。ＩＰＭ的控制信号经过７４ＨＣ２４５的输入、７４ＨＣ２４５的输出后送至ＩＰＭ接口电路；各个ＩＰＭ的故障输出信号经光耦隔离输出后得到高电平ＦＯ，送入或门，或门输出经过Ｒ－Ｃ低通滤波器后，送入７４ＨＣ２４５的使能端ＯＥ。ＩＰＭ正常工作时，或门输出为低电平，７４ＨＣ２４５选通；ＩＰＭ故障报警时，或门输出为高电平，７４ＨＣ２４５所有输出置为高阻，封锁各个ＩＰＭ的控制信号，关断ＩＰＭ，实现了保护功能。
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    方案二 ＰＷＭ接口电路前置一级带控制端的光耦，如６Ｎ１３７。方案二的原理与方案一类似，只是由于高电平使能控光耦合６Ｎ１３７，或门换成了或非门，其输出经过Ｒ－Ｃ低通滤波器后，送入了可控光耦合６Ｎ１３７的光耦使能端ＶＥ，但同样在ＩＰＭ故障报警时封锁ＩＰＭ的控制信号通道，实现了保护功能。

需要注意的是，为缩短故障响应时间，Ｒ－Ｃ低通滤波器时间常数应该小。两级光耦延长了响应时间，应选用高速光耦。

以上两种方案都是利用ＩＰＭ故障输出信号封锁ＩＰＭ的控制信号通道，因而弥补了ＩＰＭ自身保护的不足，有效地保护了器件。

３.２ ＩＰＭ保护电路的软件实现

软件的基本思路是：ＩＰＭ故障报警时，故障输出信号送到控制器处理，处理器确认后，利用软件关断ＩＰＭ的控制信号，从而达到保护目的。

综上所述，软件保护不需增加硬件，简便易行，但可能受到软件设计和计算机故障的影响；硬件保护则反应迅速，工作可靠。实践应用中软件与硬件结合的保护方式能更好地提高系统的可靠性。
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４ ＩＰＭ的驱动和保护电路的设计实例

笔者在ＤＳＰ控制开关磁阻电机的项目中，选用ＩＰＭ作为功率变换器的主开关器件，控制器采用了德州公司的ＴＭＳ３２０Ｆ２４０ 数字信号处理器，功率驱动电路的输入（即ＩＰＭ的控制信号）由ＴＭＳ３２０Ｆ２４０内含的全比较单元相对应的ＰＷＭ１～ＰＷＭ４产生。

ＴＭＳ３２０Ｆ２４０的事件管理器模块包含一个功率驱动保护引脚（ＰＤＰＩＮＴ），当该引脚被拉低时，所有的事件管理器输出引脚均被硬件设置为高阻态，因此ＰＤＰＩＮＴ可用来为监控程序提供电机驱动的异常情况，并实现故障保护。

驱动电路的设计如图４所示。保护电路选用软件保护，四个功率器件ＩＰＭ的故障信号经过光耦隔离，送至或非门ＣＤ４０７８，其输出经过低通阻容滤波器连接到ＤＳＰ的ＰＤＰＩＮＴ引脚。当ＩＰＭ故障报警时，ＰＤＰＩＮＴ引脚被拉为低电平，ＤＳＰ内部定时器立即停止工作，所有ＰＷＭ输出呈高阻态，封锁ＩＰＭ控制信号；同时产生中断信号，通知ＤＳＰ有故障情况发生，在中断服务程序中判断发生何种故障，并显示故障代码。

图７为负载电流为８Ａ、ＳＲＭ额定转速运行时ＩＰＭ的１５Ｖ驱动电压波形。

实际运行效果显示，ＩＰＭ供电电源稳定，ＩＰＭ运行良好，保护电路可以可靠地保护功率器件。

ＩＰＭ正常工作对电源的要求相当高，文中介绍的驱动电路可以很好地满足ＩＰＭ的工作要求；ＩＰＭ自身的保护电路不具有保持性，完善的系统保护必须辅助外围保护电路；利用ＩＰＭ自身的故障输出信号封锁ＩＰＭ的控制信号输入可以方便、有效地保护器件。