任務(wù)一

檢修IPM模塊故障能力模塊三

驅(qū)動電機控制系統(tǒng)檢修《

新

能

源

汽

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智能功率模塊IPM的認識目錄01功率半導體IGBT的認識0203任務(wù)實施學習目標知識目標1.了解IPM與IGBT的定義。2.掌握IPM與IGBT的結(jié)構(gòu)與工作原理。3.了解IPM與IGBT的應用。1.能夠正確地拆卸電機控制器。2.能夠完成對電機控制器IPM、IGBT等主要模塊的檢測。1.認真嚴謹，積極主動。安全生產(chǎn)，文明施工。2.獲得多途徑檢索知識、分析解決問題以及多元化思考解決問題的方法，形成創(chuàng)新意識。3.嚴格執(zhí)行各項規(guī)章制度及6S現(xiàn)場管理，培養(yǎng)精益求精的工匠精神。技能目標素養(yǎng)目標任務(wù)引入Tasktointroduce小李來到4S店面試，面試官提供了一臺秦EV前驅(qū)總成上的電機控制器，要求他快速且熟練的拆解內(nèi)部的各個零部件，并能檢測各部件好壞。如果你是小李，請你擬定相應的工作計劃與實施步驟。01智能功率模塊IPM的認識ZHILIUDIANJIDEFENLEI智能功率模塊IPM的認識1特斯拉“明星”電機IPMsynRMVS感應電動機視頻資源來源于網(wǎng)絡(luò)智能功率模塊IPM的認識2定義IPM（Intelligent

Power

Module）是指智能功率模塊，把功率開關(guān)器件（IGBT）和驅(qū)動電路集成在一起，而且內(nèi)有過電壓、過電流和過溫等故障檢測電路，并可將檢測信號送到CPU。智能功率模塊(IPM)包含有數(shù)字接口電路、驅(qū)動電路、功率器件IGBT、保護電路、內(nèi)部DC-AC/AC-DC變換器等部分,是數(shù)?；旌鲜酱笠?guī)模集成電路。智能功率模塊IPM的認識3特征IPM內(nèi)的IGBT芯片都選用高速型,而且驅(qū)動電路緊靠IGBT芯片,驅(qū)動延時小,所以IPM開關(guān)速度快,損耗小。開關(guān)速度快過熱保護IPM內(nèi)部絕緣基板上設(shè)有溫度傳感器。低功耗IPM內(nèi)部的IGBT導通壓降低,開關(guān)速度快,故IPM功耗小。

制動能量回饋功能經(jīng)過電機控制器內(nèi)的IGBT上的二極管整流變成直流電輸出給動力電池包充電，此工作過程稱為制動能量回收。過電流、短路保護IPM中的IGBT電流傳感器是射極分流式，采樣電阻上流過的電流很小。智能功率模塊IPM的認識3特征

電機控制器根據(jù)母線電壓進行主動泄放。保護電機控制器內(nèi)部電子元件不受損壞。驅(qū)動電源欠壓保護主動/被動泄放保護功能

電機控制器對電容進行主動泄放，5秒內(nèi)迅速將電容端的電壓釋放到60V以下。電機控制器電壓跌落保護電機控制器檢測到母線端的電壓下降超過30V時，電機控制器通過動力CAN在網(wǎng)關(guān)控制器與電池管理器進行信息交互，電池管理器控制電池包正、負極接觸器斷開。安裝方便IPM采用陶瓷絕緣結(jié)構(gòu)，直接安裝在絕緣板上。智能功率模塊IPM的認識4IPM內(nèi)部結(jié)構(gòu)UV欠壓保護單元OC為過電流保護單元SC為短路保護單元OT為過熱保護單元Drive為驅(qū)動放大單元智能功率模塊IPM的認識4IPM內(nèi)部結(jié)構(gòu)IGBT1~IGBT6組成逆變橋，VDF1~VDF6分別為6個IGBT的續(xù)流二極管。IGBT1~IGBT3為上橋臂開關(guān)器件，由3個單獨“浮地直流電源”給3組控制電路供電。

IGBT4~IGBT6為下橋臂開關(guān)器件，由一組直流電源供電給3組控制電路。IGBT7為制動電路開關(guān)器件，VDW是它的續(xù)流二極管，內(nèi)部具有門極驅(qū)動控制、故障檢測和多種保護電路。（圖中引腳定義見后續(xù)表）智能功率模塊IPM的認識4IPM內(nèi)部結(jié)構(gòu)引腳名稱定義UinU上橋臂U相控制信號輸入端。UccU上橋臂U相驅(qū)動電源輸入端，UccU為“+”端。GNDU為“-”端。UinV上橋臂V相控制信號輸入端。UccV上橋臂V相驅(qū)動電源輸入端，UccV為“+”端。GNDV為“-”端。UinW上橋臂W相控制信號輸入端。UccW上橋臂W相驅(qū)動電源輸入端，UccW為“+”端。GNDW為“-”端。Ucc下橋臂共用驅(qū)動電源（Ucc）輸入端，Ucc為“+”端，GND為“-”端。UinDB制動控制信號輸入端。UinX下橋臂X相控制信號輸入端。UinY下橋臂Y相控制信號輸入端。UinZ下橋臂Z相控制信號輸入端。ALM保護電路動作時的輸出端。P、N變頻裝置整流、平波后主電源（Ud）輸入端，P為“+”端，N為“-”端。B制動輸出端子，減速時可以釋放再生電能的端子。U、V、W變頻器三相輸出端。引腳名稱定義智能功率模塊IPM的認識4IPM在電動汽車上的應用IPM模塊以TMS320LF2407為核心的硬件配置控制系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)主要由以下幾部分構(gòu)成:控制器核心TMS320LF2407，外圍接口電路、功率開關(guān)模塊及其驅(qū)動。智能功率模塊IPM的認識4IPM在電動汽車上的應用高度集成的技術(shù)使得IPM能夠顯著簡化整個PWM變頻器的設(shè)計。變頻器開發(fā)工程師只需設(shè)計簡單的絕緣接口和4個或者6個IPM供電電源電路。簡化的外圍電路能夠很好的滿足電動汽車變頻器對于單位體積內(nèi)功率密度高的要求。智能功率模塊IPM的認識4IPM在電動汽車上的應用逆變器在發(fā)生相間短路時的IPM內(nèi)部IGBT單元的測試波形。電動汽車通常采用水冷散熱。為提高冷卻能力，水冷的水路應設(shè)計在IPM內(nèi)的IGBT硅片正下方。此外，必須確保這些水路的密封以避免泄露，并選擇合適的位置以消除管道與安裝孔之間的沖突。高效的散熱系統(tǒng)能保證功率循環(huán)壽命和熱循環(huán)壽命。300A/600VIPM發(fā)生相間短路時的關(guān)斷波形02功率半導體IGBT的認識ZHILIUDIANJIDEFENLEI功率半導體IGBT的認識1IGBT半導體技術(shù)國內(nèi)外現(xiàn)狀功率半導體IGBT的認識2IGBT半導體技術(shù)的發(fā)展20世紀60～70年代20世紀80～90年代21世紀以來20世紀50年代IGBT功率半導體演進歷程功率半導體二極管問世晶閘管功率器件MOSFETIGBT是新一代功率半導體器件的中流砥柱功率半導體IGBT的認識3IGBT半導體電動汽車領(lǐng)域應用

在電動汽車的“三電”方面，特斯拉的ModelS使用的是三相異步驅(qū)動電機。其中，每一相的驅(qū)動控制需要28顆塑封的IGBT芯片，三相共需要84顆IGBT芯片。充電樁的核心部件也離不開IGBT芯片。有關(guān)信息顯示，在新能源汽車中，IGBT模塊約占整車成本的7%～10%，是除電池之外所占成本第二高的元件，決定了整車的能源效率?！叭姟睉贸潆姌逗诵牟考β拾雽wIGBT的認識3IGBT的其他領(lǐng)域應用電子產(chǎn)品領(lǐng)域：相機和手機家用領(lǐng)域：家用電器工業(yè)領(lǐng)域：工業(yè)電機，電力工程能量領(lǐng)域：風電與太陽能設(shè)備，智能電網(wǎng)自動化領(lǐng)域：自動變頻器交通領(lǐng)域：汽車驅(qū)動系統(tǒng)IGBT作為電力電子重要大功率主流器件之一，廣泛應用多個領(lǐng)域功率半導體IGBT的認識4IGBT定義IGBT（InsulatedGateBipolarTransistor），絕緣柵雙極型晶體管，是一種由MOS（絕緣柵型場效應管）和BJT（雙極型三極管）組合成的復合全控型電壓驅(qū)動式功率半導體器件，被認為是電動汽車的核心技術(shù)之一。功率半導體IGBT的認識5IGBT特點GTR（電力晶體管）的低導通壓降

GTR飽和壓降低，載流密度大，但驅(qū)動電流較大有MOSFET（金氧半場效晶體管）的高輸入阻抗MOSFET驅(qū)動功率很小，開關(guān)速度快，但導通壓降大，載流密度小IGBT屬于MOSFET和GTR兩種器件優(yōu)點的“集大成者”，IGBT的驅(qū)動功率小且飽和壓降低，開關(guān)速度快且開關(guān)損耗小，在高壓、大電流和高速等方面具備其他功率器件不可比擬的優(yōu)勢。功率半導體IGBT的認識6IGBT的結(jié)構(gòu)與工作原理N-IGBT是由一個PNP型三極管和增強型N溝道MOS管組合而成的，用左圖（d）所示圖形符號表示。IGBT有三個極：C極（集電極）、G極（柵極）和E極（發(fā)射極）。電力電子設(shè)備中主要采用N-IGBT。P-IGBT是P溝道IGBT，將左圖（d）所示圖形符號中的箭頭改為由E極指向G極即為P-IGBT的圖形符號。功率半導體IGBT的認識6IGBT的結(jié)構(gòu)與工作原理

N-IGBT工作原理觀看IGBT工作原理的動畫，你了解多少呢？功率半導體IGBT的認識7IGBT的功能比亞迪功率器件產(chǎn)品總監(jiān)楊欽耀的解釋是：“功率半導體器件是電流的開關(guān)，在關(guān)斷的時候，能夠保證漏電流和殘余電流很小，且耐受電壓很高。在開通的時候，功率半導體器件能夠保證電阻小、電流大，并且開關(guān)的時間很短?！?1030204控制交流電和直流電的轉(zhuǎn)換。承擔電壓的高低轉(zhuǎn)換。電動機回收的交流電流轉(zhuǎn)換成可供蓄電池充電的電流。IGBT可被視為“非通即斷”的開關(guān)，導通時可被看做導線，斷開時可以充當開路。功率半導體IGBT的認識8IGBT半導體行業(yè)資訊IGBT是事關(guān)國家經(jīng)濟發(fā)展的基礎(chǔ)性產(chǎn)品，如此重要的IGBT，長期以來我國卻不得不面對依賴進口的尷尬局面，市場主要被英飛凌、三菱、富士電機為首的國際巨頭壟斷。打破國外巨頭壟斷，實現(xiàn)我國自主研發(fā)半導體是非常艱巨的任務(wù)，目前國內(nèi)陸續(xù)發(fā)展半導體行業(yè)，逐步在打破這樣的壟斷。國內(nèi)半導體領(lǐng)先企業(yè)資訊03任務(wù)實施ZHILIUDIANJIDEFENLEI任務(wù)準備一、設(shè)備及工具準備序號設(shè)備及工具名稱數(shù)量1前驅(qū)動總成三合一的電機控制器1臺2綜合汽車維修工具38件套1套3萬用表1臺4接線盒1盒任務(wù)準備二、場地設(shè)備準備任務(wù)實施前需要做好場地防護準備以及檢查實訓場地和設(shè)備設(shè)施是否及存在安全隱患，如不正常需及時匯報老師，進行處理后方可實施任務(wù)。任務(wù)準備三、安全要求及注意事項456123請嚴格按照實訓步驟進行拆裝作業(yè)，以免造成部件損傷拆裝電機控制器固定螺絲時，請注意選用合適的工具，并控制力矩探針插入溫度傳感器時力度不宜過大，避免折斷探針電容測量時，需要進行多組銅排測試控制器內(nèi)部結(jié)構(gòu)有固定膠黏附，取下時注意方法和力度IGBT測試時，所有的數(shù)據(jù)記錄須完整記錄。安全第一實訓步驟實訓任務(wù)驅(qū)動總成電機控制器的拆卸與檢測識別電機控制器標簽，高壓母線，三相電接口，記錄電機標簽與型號。識別驅(qū)動總成電機控制器內(nèi)部主要模塊及主要功能。松開控制器保護蓋螺絲，拆掉保護蓋。0103021前驅(qū)動總成電機控制器組成認知實訓步驟實訓任務(wù)驅(qū)動總成電機控制器的拆卸與檢測松開保護蓋螺絲。合適的力度取下保護蓋。拆除直流母線外部的固定螺絲，拔下母線。松開電容的母線銅排固定螺栓，拆下扼流圈保護蓋。0103022控制器扼流圈的拆卸實訓步驟實訓任務(wù)驅(qū)動總成電機控制器的拆卸與檢測042控制器扼流圈的拆卸取下扼流圈，拆除時注意下部有固定膠，使用合適的力度或工具取下來。扼流圈有磁性。實訓步驟實訓任務(wù)驅(qū)動總成電機控制器的拆卸與檢測松開電容表面的母排固定螺絲，取下母排。拆卸薄膜電容的固定螺絲。松開扼流圈支架固定螺栓。取下支架0103023電機控制器的電容拆卸與檢測實訓步驟實訓任務(wù)驅(qū)動總成電機控制器的拆卸與檢測使用套筒嫁接桿松開電容與IGBT的固定螺栓。取下電容。查看薄膜電容標準參數(shù)規(guī)格。觀察薄膜電容外觀。拆卸主控板與電容預充檢測線。0406053電機控制器的電容拆卸與檢測實訓步驟實訓任務(wù)驅(qū)動總成電機控制器的拆卸與檢測073電機控制器的電容拆卸與檢測使用萬用表，打開電容檔，紅筆與黑筆分別搭在三組銅排上，測得三組電容示數(shù)。若均在電容標準值范圍內(nèi)，說明電容正常，否則電容損壞。檢測電容（分三組銅排檢測）實訓步驟實訓任務(wù)驅(qū)動總成電機控制器的拆卸與檢測識別電機控制器主控板結(jié)構(gòu)。松開側(cè)面螺絲。松開控制器主控板上層板螺栓。0103024電機控制器主控板與IGBT驅(qū)動板的拆卸實訓步驟實訓任務(wù)驅(qū)動總成電機控制器的拆卸與檢測拔掉兩個低壓插頭。取下IGBT驅(qū)動板與電機控制器支架。取下電機控制器主控板。0406054電機控制器的電容拆卸與檢測實訓步驟實訓任務(wù)驅(qū)動總成電機控制器的拆卸與檢測識別A、B、C三相母排。松開電流傳感器兩側(cè)的固定螺栓。拔下電流傳感器的低壓插頭。0709084電機控制器的電容拆卸與檢測實訓步驟實訓任務(wù)驅(qū)動總成電機控制器的拆卸與檢測松開BC相母排螺絲，取下電流傳感器與母排。松開A相母排螺栓，取下銅排和IGBT驅(qū)動板。松開IGBT驅(qū)動板固定螺絲1012114電機控制器的電容拆卸與檢測實訓步驟實訓任務(wù)驅(qū)動總成電機控制器的拆卸與檢測取下IGBT驅(qū)動板，拆卸完成。識別IGBT驅(qū)動板各結(jié)構(gòu)。如驅(qū)動芯片識別，三組IGBT上下橋，三組IGBT正負極等。13144電機控制器的電容拆卸與檢測實訓步驟實訓任務(wù)驅(qū)動總成電機控制器的拆卸與檢測5控制器IGBT模塊的檢測第一組IGBT上橋二極管測試1.使用萬用表，調(diào)至二極管檔，紅筆固定搭在IGB