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优化高电压IGBT造就高效率太阳能逆变器

2019-03-05 04:42:41来源:励志吧0次阅读

优化高电压IGBT造就高效率太阳能逆变器

当我们细看高电压(600V)超高速沟道IGBT的开关性能,便会知道这些器件为20kHz的开关频率进行了优化。这使设计在相关的频率下能够保持少的开关损耗,包括集电极到发射极的饱和电压Vce(on)及总开关能量ETS。结果,总通态和开关功率损耗便可以维持在的水平。根据这一点,我们选择了超高速沟道IGBT,例如,IRGB4062DPBF作为高侧功率器件。这种超高速构道IGBT与一个超高速软恢复二极管采用协同封装,进一步确保低开关耗损。

此外,这些IGBT不用要求短路额定值,因为当逆变器的输出出现短路时,输出电感器L1和L2会限制电流di/dt,从而给予控制器足够的时间做出适当的回应。还有,与同样尺寸的非短路额定IGBT比较,短路额定IGBT提供更高的Vce(on)和ETS。由于拥有更高的Vce(on)和 ETS,短路额定IGBT会带来更高的功率损耗,使功率逆变器的效率降低。

再者,超高速沟道IGBT也提供方形反向偏压工作区、175℃结温,还可承受4倍的额定电流。为了要显示它们的耐用性,这些功率器件也经过100%钳位电感负载测试。

与高侧不同,通态耗损支配了低侧IGBT。因为低侧晶体管的工作频率只有60Hz,开关损耗对这些器件来说微不足道。标准速度平面IGBT 是特别为低频率和较低通态耗损而设计。所以,随着低侧器件于60Hz进行开关,这些IGBT要通过采用标准速度平面IGBT来达到的功率耗损水平。因为这些器件的开关损耗非常少,标准速度平面IGBT的总耗散并没有受到其开关耗损所影响。基于这些考虑,标准速度IGBT IRG4BC20SD因此成为低功率器件的选择。一个第四代IGBT与超高速软恢复反向并联二极管协同封装,并且为饱和电压和低工作频率 ( 1kHz)进行优化。在10A下的典型Vce(on)为1.4V。针对低正向降压及反向漏电流,跨越低侧IGBT的协同封装二极管已经优化了,以在续流和反向恢复期间把损耗降到。

逆变器效率

图2展示了系统层面的全桥功率逆变器电路。就如图中所示,H桥的每一支管脚由高电流、高速栅极驱动器IC,以及独立低和高侧参考输出通道所驱动。驱动器IRS2106SPBF的浮动通道容许自举电源为高侧功率电器件工作。因此,它免除了高侧驱动对隔离式电源的需求。这有助整体系统去改善逆变器的效率和减少零件数目。当电流续流到低侧IGBT协同封装二极管,这些驱动器的自举电容器会在每个开关周期(50μs)更新。

由于高侧Q1和Q2协同封装二极管并不受续流电流影响,同时低侧Q3及Q4拥有主要的通态耗损和非常少的开关耗损,整体系统损耗获得小化,而系统效率就得到化。此外,因为在任何时间,开关都在对角器件配对Q1和Q4,或者Q2和Q3上进行,所以排除了直通的可能性。同时,每个输出驱动器IC具备高脉冲电流缓冲级以小化驱动器的直通。这个逆变器的另一个突出功能,是它以单一直流母线供电运作。因此,排除了负直流母线的需求。简单点来说,针对整体逆变器,以上这些安排全部都可以转化为更高的效率和更少的零件数目。更少的零件也表示设计可以占更少的空间,以及拥有更简短的物料清单。

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