《新能源汽車電機(jī)及控制系統(tǒng)檢修》 課件 3-1 檢修IPM模塊故障

任務(wù)一

檢修IPM模塊故障能力模塊三

驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制系統(tǒng)檢修《

新

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源

汽

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智能功率模塊IPM的認(rèn)識(shí)目錄01功率半導(dǎo)體IGBT的認(rèn)識(shí)0203任務(wù)實(shí)施學(xué)習(xí)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)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(yīng)用。1.能夠正確地拆卸電機(jī)控制器。2.能夠完成對(duì)電機(jī)控制器IPM、IGBT等主要模塊的檢測(cè)。1.認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)，積極主動(dòng)。安全生產(chǎn)，文明施工。2.獲得多途徑檢索知識(shí)、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(shí)。3.嚴(yán)格執(zhí)行各項(xiàng)規(guī)章制度及6S現(xiàn)場(chǎng)管理，培養(yǎng)精益求精的工匠精神。技能目標(biāo)素養(yǎng)目標(biāo)任務(wù)引入Tasktointroduce小李來到4S店面試，面試官提供了一臺(tái)秦EV前驅(qū)總成上的電機(jī)控制器，要求他快速且熟練的拆解內(nèi)部的各個(gè)零部件，并能檢測(cè)各部件好壞。如果你是小李，請(qǐng)你擬定相應(yīng)的工作計(jì)劃與實(shí)施步驟。01智能功率模塊IPM的認(rèn)識(shí)ZHILIUDIANJIDEFENLEI智能功率模塊IPM的認(rèn)識(shí)1特斯拉“明星”電機(jī)IPMsynRMVS感應(yīng)電動(dòng)機(jī)視頻資源來源于網(wǎng)絡(luò)智能功率模塊IPM的認(rèn)識(shí)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(dòng)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(cè)電路，并可將檢測(cè)信號(hào)送到CPU。智能功率模塊(IPM)包含有數(shù)字接口電路、驅(qū)動(dòng)電路、功率器件IGBT、保護(hù)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(rèn)識(shí)3特征IPM內(nèi)的IGBT芯片都選用高速型,而且驅(qū)動(dòng)電路緊靠IGBT芯片,驅(qū)動(dòng)延時(shí)小,所以IPM開關(guān)速度快,損耗小。開關(guān)速度快過熱保護(hù)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(dǎo)通壓降低,開關(guān)速度快,故IPM功耗小。

制動(dòng)能量回饋功能經(jīng)過電機(jī)控制器內(nèi)的IGBT上的二極管整流變成直流電輸出給動(dòng)力電池包充電，此工作過程稱為制動(dòng)能量回收。過電流、短路保護(hù)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(rèn)識(shí)3特征

電機(jī)控制器根據(jù)母線電壓進(jìn)行主動(dòng)泄放。保護(hù)電機(jī)控制器內(nèi)部電子元件不受損壞。驅(qū)動(dòng)電源欠壓保護(hù)主動(dòng)/被動(dòng)泄放保護(hù)功能

電機(jī)控制器對(duì)電容進(jìn)行主動(dòng)泄放，5秒內(nèi)迅速將電容端的電壓釋放到60V以下。電機(jī)控制器電壓跌落保護(hù)電機(jī)控制器檢測(cè)到母線端的電壓下降超過30V時(shí)，電機(jī)控制器通過動(dòng)力CAN在網(wǎng)關(guān)控制器與電池管理器進(jìn)行信息交互，電池管理器控制電池包正、負(fù)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(rèn)識(shí)4IPM內(nèi)部結(jié)構(gòu)UV欠壓保護(hù)單元OC為過電流保護(hù)單元SC為短路保護(hù)單元OT為過熱保護(hù)單元Drive為驅(qū)動(dòng)放大單元智能功率模塊IPM的認(rèn)識(shí)4IPM內(nèi)部結(jié)構(gòu)IGBT1~IGBT6組成逆變橋，VDF1~VDF6分別為6個(gè)IGBT的續(xù)流二極管。IGBT1~IGBT3為上橋臂開關(guān)器件，由3個(gè)單獨(dú)“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(dòng)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(dòng)控制、故障檢測(cè)和多種保護(hù)電路。（圖中引腳定義見后續(xù)表）智能功率模塊IPM的認(rèn)識(shí)4IPM內(nèi)部結(jié)構(gòu)引腳名稱定義UinU上橋臂U相控制信號(hào)輸入端。UccU上橋臂U相驅(qū)動(dòng)電源輸入端，UccU為“+”端。GNDU為“-”端。UinV上橋臂V相控制信號(hào)輸入端。UccV上橋臂V相驅(qū)動(dòng)電源輸入端，UccV為“+”端。GNDV為“-”端。UinW上橋臂W相控制信號(hào)輸入端。UccW上橋臂W相驅(qū)動(dòng)電源輸入端，UccW為“+”端。GNDW為“-”端。Ucc下橋臂共用驅(qū)動(dòng)電源（Ucc）輸入端，Ucc為“+”端，GND為“-”端。UinDB制動(dòng)控制信號(hào)輸入端。UinX下橋臂X相控制信號(hào)輸入端。UinY下橋臂Y相控制信號(hào)輸入端。UinZ下橋臂Z相控制信號(hào)輸入端。ALM保護(hù)電路動(dòng)作時(shí)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(dòng)輸出端子，減速時(shí)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(rèn)識(shí)4IPM在電動(dòng)汽車上的應(yīng)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(dòng)。智能功率模塊IPM的認(rèn)識(shí)4IPM在電動(dòng)汽車上的應(yīng)用高度集成的技術(shù)使得IPM能夠顯著簡(jiǎn)化整個(gè)PWM變頻器的設(shè)計(jì)。變頻器開發(fā)工程師只需設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的絕緣接口和4個(gè)或者6個(gè)IPM供電電源電路。簡(jiǎn)化的外圍電路能夠很好的滿足電動(dòng)汽車變頻器對(duì)于單位體積內(nèi)功率密度高的要求。智能功率模塊IPM的認(rèn)識(shí)4IPM在電動(dòng)汽車上的應(yīng)用逆變器在發(fā)生相間短路時(shí)的IPM內(nèi)部IGBT單元的測(cè)試波形。電動(dòng)汽車通常采用水冷散熱。為提高冷卻能力，水冷的水路應(yīng)設(shè)計(jì)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(shí)的關(guān)斷波形02功率半導(dǎo)體IGBT的認(rèn)識(shí)ZHILIUDIANJIDEFENLEI功率半導(dǎo)體IGBT的認(rèn)識(shí)1IGBT半導(dǎo)體技術(shù)國內(nèi)外現(xiàn)狀功率半導(dǎo)體IGBT的認(rèn)識(shí)2IGBT半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展20世紀(jì)60～70年代20世紀(jì)80～90年代21世紀(jì)以來20世紀(jì)50年代IGBT功率半導(dǎo)體演進(jìn)歷程功率半導(dǎo)體二極管問世晶閘管功率器件MOSFETIGBT是新一代功率半導(dǎo)體器件的中流砥柱功率半導(dǎo)體IGBT的認(rèn)識(shí)3IGBT半導(dǎo)體電動(dòng)汽車領(lǐng)域應(yīng)用

在電動(dòng)汽車的“三電”方面，特斯拉的ModelS使用的是三相異步驅(qū)動(dòng)電機(jī)。其中，每一相的驅(qū)動(dòng)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。“三電”應(yīng)用充電樁核心部件功率半導(dǎo)體IGBT的認(rèn)識(shí)3IGBT的其他領(lǐng)域應(yīng)用電子產(chǎn)品領(lǐng)域：相機(jī)和手機(jī)家用領(lǐng)域：家用電器工業(yè)領(lǐng)域：工業(yè)電機(jī)，電力工程能量領(lǐng)域：風(fēng)電與太陽能設(shè)備，智能電網(wǎng)自動(dòng)化領(lǐng)域：自動(dòng)變頻器交通領(lǐng)域：汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)IGBT作為電力電子重要大功率主流器件之一，廣泛應(yīng)用多個(gè)領(lǐng)域功率半導(dǎo)體IGBT的認(rèn)識(shí)4IGBT定義IGBT（InsulatedGateBipolarTransistor），絕緣柵雙極型晶體管，是一種由MOS（絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管）和BJT（雙極型三極管）組合成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動(dòng)式功率半導(dǎo)體器件，被認(rèn)為是電動(dòng)汽車的核心技術(shù)之一。功率半導(dǎo)體IGBT的認(rèn)識(shí)5IGBT特點(diǎn)GTR（電力晶體管）的低導(dǎo)通壓降

GTR飽和壓降低，載流密度大，但驅(qū)動(dòng)電流較大有MOSFET（金氧半場(chǎng)效晶體管）的高輸入阻抗MOSFET驅(qū)動(dòng)功率很小，開關(guān)速度快，但導(dǎo)通壓降大，載流密度小IGBT屬于MOSFET和GTR兩種器件優(yōu)點(diǎn)的“集大成者”，IGBT的驅(qū)動(dòng)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(shì)。功率半導(dǎo)體IGBT的認(rèn)識(shí)6IGBT的結(jié)構(gòu)與工作原理N-IGBT是由一個(gè)PNP型三極管和增強(qiáng)型N溝道MOS管組合而成的，用左圖（d）所示圖形符號(hào)表示。IGBT有三個(gè)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(hào)中的箭頭改為由E極指向G極即為P-IGBT的圖形符號(hào)。功率半導(dǎo)體IGBT的認(rèn)識(shí)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(dòng)畫，你了解多少呢？功率半導(dǎo)體IGBT的認(rèn)識(shí)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(dǎo)體器件是電流的開關(guān)，在關(guān)斷的時(shí)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(shí)候，功率半導(dǎo)體器件能夠保證電阻小、電流大，并且開關(guān)的時(shí)間很短?！?1030204控制交流電和直流電的轉(zhuǎn)換。承擔(dān)電壓的高低轉(zhuǎn)換。電動(dòng)機(jī)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(dǎo)通時(shí)可被看做導(dǎo)線，斷開時(shí)可以充當(dāng)開路。功率半導(dǎo)體IGBT的認(rèn)識(shí)8IGBT半導(dǎo)體行業(yè)資訊IGBT是事關(guān)國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)性產(chǎn)品，如此重要的IGBT，長(zhǎng)期以來我國卻不得不面對(duì)依賴進(jìn)口的尷尬局面，市場(chǎng)主要被英飛凌、三菱、富士電機(jī)為首的國際巨頭壟斷。打破國外巨頭壟斷，實(shí)現(xiàn)我國自主研發(fā)半導(dǎo)體是非常艱巨的任務(wù)，目前國內(nèi)陸續(xù)發(fā)展半導(dǎo)體行業(yè)，逐步在打破這樣的壟斷。國內(nèi)半導(dǎo)體領(lǐng)先企業(yè)資訊03任務(wù)實(shí)施ZHILIUDIANJIDEFENLEI任務(wù)準(zhǔn)備一、設(shè)備及工具準(zhǔn)備序號(hào)設(shè)備及工具名稱數(shù)量1前驅(qū)動(dòng)總成三合一的電機(jī)控制器1臺(tái)2綜合汽車維修工具38件套1套3萬用表1臺(tái)4接線盒1盒任務(wù)準(zhǔn)備二、場(chǎng)地設(shè)備準(zhǔn)備任務(wù)實(shí)施前需要做好場(chǎng)地防護(hù)準(zhǔn)備以及檢查實(shí)訓(xùn)場(chǎng)地和設(shè)備設(shè)施是否及存在安全隱患，如不正常需及時(shí)匯報(bào)老師，進(jìn)行處理后方可實(shí)施任務(wù)。任務(wù)準(zhǔn)備三、安全要求及注意事項(xiàng)456123請(qǐng)嚴(yán)格按照實(shí)訓(xùn)步驟進(jìn)行拆裝作業(yè)，以免造成部件損傷拆裝電機(jī)控制器固定螺絲時(shí)，請(qǐng)注意選用合適的工具，并控制力矩探針插入溫度傳感器時(shí)力度不宜過大，避免折斷探針電容測(cè)量時(shí)，需要進(jìn)行多組銅排測(cè)試控制器內(nèi)部結(jié)構(gòu)有固定膠黏附，取下時(shí)注意方法和力度IGBT測(cè)試時(shí)，所有的數(shù)據(jù)記錄須完整記錄。安全第一實(shí)訓(xùn)步驟實(shí)訓(xùn)任務(wù)驅(qū)動(dòng)總成電機(jī)控制器的拆卸與檢測(cè)識(shí)別電機(jī)控制器標(biāo)簽，高壓母線，三相電接口，記錄電機(jī)標(biāo)簽與型號(hào)。識(shí)別驅(qū)動(dòng)總成電機(jī)控制器內(nèi)部主要模塊及主要功能。松開控制器保護(hù)蓋螺絲，拆掉保護(hù)蓋。0103021前驅(qū)動(dòng)總成電機(jī)控制器組成認(rèn)知實(shí)訓(xùn)步驟實(shí)訓(xùn)任務(wù)驅(qū)動(dòng)總成電機(jī)控制器的拆卸與檢測(cè)松開保護(hù)蓋螺絲。合適的力度取下保護(hù)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(hù)蓋。0103022控制器扼流圈的拆卸實(shí)訓(xùn)步驟實(shí)訓(xùn)任務(wù)驅(qū)動(dòng)總成電機(jī)控制器的拆卸與檢測(cè)042控制器扼流圈的拆卸取下扼流圈，拆除時(shí)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(shí)訓(xùn)步驟實(shí)訓(xùn)任務(wù)驅(qū)動(dòng)總成電機(jī)控制器的拆卸與檢測(cè)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(jī)控制器的電容拆卸與檢測(cè)實(shí)訓(xùn)步驟實(shí)訓(xùn)任務(wù)驅(qū)動(dòng)總成電機(jī)控制器的拆卸與檢測(cè)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(biāo)準(zhǔn)參數(shù)規(guī)格。觀察薄膜電容外觀。拆卸主控板與電容預(yù)充檢測(cè)線。0406053電機(jī)控制器的電容拆卸與檢測(cè)實(shí)訓(xùn)步驟實(shí)訓(xùn)任務(wù)驅(qū)動(dòng)總成電機(jī)控制器的拆卸與檢測(cè)073電機(jī)控制器的電容拆卸與檢測(cè)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(cè)得三組電容示數(shù)。若均在電容標(biāo)準(zhǔn)值范圍內(nèi)，說明電容正常，否則電容損壞。檢測(cè)電容（分三組銅排檢測(cè)）實(shí)訓(xùn)步驟實(shí)訓(xùn)任務(wù)驅(qū)動(dòng)總成電機(jī)控制器的拆卸與檢測(cè)識(shí)別電機(jī)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(jī)控制器主控板與IGBT驅(qū)動(dòng)板的拆卸實(shí)訓(xùn)步驟實(shí)訓(xùn)任務(wù)驅(qū)動(dòng)總成電機(jī)控制器的拆卸與檢測(cè)拔掉兩個(gè)低壓插頭。取下IGBT驅(qū)動(dòng)板與電機(jī)控制器支架。取下電機(jī)控制器主控板。0406054電機(jī)控制器的電容拆卸與檢測(cè)實(shí)訓(xùn)步驟實(shí)訓(xùn)任務(wù)驅(qū)動(dòng)總成電機(jī)控制器的拆卸與檢測(cè)識(shí)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(jī)控制器的電容拆卸與檢測(cè)實(shí)訓(xùn)步驟實(shí)訓(xùn)任務(wù)驅(qū)動(dòng)總成電機(jī)控制器的拆卸與檢測(cè)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(dòng)板。松開IGBT驅(qū)動(dòng)板固定螺絲1012114電機(jī)控制器的電容拆卸與檢測(cè)實(shí)訓(xùn)步驟實(shí)訓(xùn)任務(wù)驅(qū)動(dòng)總成電機(jī)控制器的拆卸與檢測(cè)取下IGBT驅(qū)動(dòng)板，拆卸完成。識(shí)別IGBT驅(qū)動(dòng)板各結(jié)構(gòu)。如驅(qū)動(dòng)芯片識(shí)別，三組IGBT上下橋，三組IGBT正負(fù)極等。13144電機(jī)控制器的電容拆卸與檢測(cè)實(shí)訓(xùn)步驟實(shí)訓(xùn)任務(wù)驅(qū)動(dòng)總成電機(jī)控制器的拆卸與檢測(cè)5控制器IGBT模塊的檢測(cè)第一組IGBT上橋二極管測(cè)試1.使用萬用表，調(diào)至二極管檔，紅筆固定搭在IGB