通用型IGBT變頻電源的研制過程
英飛凌汽車電子生態(tài)圈
3. 4 擎住效應(yīng)的防護(hù)
由上述可知,IGBT 的擎住效應(yīng)是由器件的特殊結(jié)構(gòu)決定的。應(yīng)為IGBT 設(shè)計(jì)良好的周邊電路,抑制擎住的發(fā)生,主要從以下幾方面考慮。
(1) 避免IGBT超過熱極限
IGBT的擎住電流與溫度有關(guān),參見圖5。散熱器的溫度以不超過70 ℃為宜。因溫度升高后,NPN 管開通的偏置電壓不再是0. 7V ,而是隨溫度的升高而下降;p + 區(qū)的橫向電阻RP 隨溫度升高而增大,二者的影響均促使擎住電流下降。
(2) 選擇合理的驅(qū)動條件
IGBT的動靜態(tài)特性與門極驅(qū)動條件密切相關(guān)。正反向驅(qū)動電壓±Uge 、門極電阻Rg 對IGBT的飽和壓降、開關(guān)損耗、短路耐量等都有不同程度影響。經(jīng)驗(yàn)表明,正向驅(qū)動以13V ≤Ug ≤15V ,反向驅(qū)動以- 7V ≤- Uge ≤- 5V 為宜。在開關(guān)損耗允許的情況下, Rge 應(yīng)適當(dāng)選大。
(3) 利用緩沖電路限制過壓
IGBT感性關(guān)斷時(shí)產(chǎn)生的浪涌電壓一方面可能使IGBT的關(guān)斷軌跡位于安全工作區(qū)之外,另一方面使管耗增加,溫度升高對抑制擎住不
利。必須使用緩沖電路消除這種開關(guān)浪涌。緩沖電路采用阻止放電型結(jié)構(gòu),如圖6 所示。各參數(shù)按下列關(guān)系選取:
式中 Ls ———引線電感,以1μH/ m計(jì)
Io ———IGBT最大脈沖電流值
K ———額定減小系數(shù),非重復(fù)時(shí)K= 1 ,重復(fù)時(shí)K = 0. 8
Ucep ———集射間的峰值電壓,Ucep = Ud + UFM +Lsd i/ d
Ud ———直流高壓
UFM ———二極管暫態(tài)正向壓降,1200V 級取40～60V
實(shí)測電壓尖峰ΔU = Ucep - Ud 100V ,緩沖效果比較明顯。
(4) 過流或短路故障時(shí)應(yīng)使IGBT 緩關(guān)斷
故障情況下, 由于關(guān)斷時(shí)隨著MOSFET 溝道的減小, 電流會流過Rp ,使Up 升高, IGBT 可能會進(jìn)入擎住。而簡單快速地關(guān)斷IGBT ,會產(chǎn)生
較大的d i/ d t 和d v/ d t ,也可能促使IGBT 進(jìn)入擎住。應(yīng)該在IGBT耐量允許的前提下,設(shè)法緩
(5) 合理選擇器件等級和開關(guān)頻率
IGBT功率模塊電流等級參考下式選取:
ic = NPo/ (ηDmaxUdmin) (14)
式中 Po ———額定輸出功率
N ———功率裕量系數(shù)
η ———效率
Dmax ———最大占空比
Udmin ———最低直流高壓
高速型IGBT的優(yōu)選頻率范圍是10～15kHz(硬開關(guān)) 。開關(guān)頻率太高,管耗大,溫升高,可靠性下降。以單相4kW的靜止變頻電源為例,
選用富士2MBI50L - 120 功率模塊。頻率調(diào)制比mf = 33 ,載波頻率f = 400 ×33 = 13. 2kHz。經(jīng)主電路倍頻以后,逆變橋輸出的SPWM 脈沖波的頻率為26. 4kHz ,其頻譜見圖2。
4 控制、驅(qū)動及保護(hù)電路
由EPROM和D/ A 構(gòu)成調(diào)制波產(chǎn)生電路是目前較好的辦法。將參考正弦按規(guī)則采樣法離線算好后存于EPROM 中,若為三相電源,參
考正弦三相互差120°,使用一片最小容量的普通型EPROM即可?；倦娐啡鐖D7 所示。
因?yàn)槿遣ㄝd波的斜邊是與參考正弦在臺階處相交,比較器不存在抖動問題,不需附加任何措施,穩(wěn)定可靠。
5 主要技術(shù)指標(biāo)
輸入 50Hz ,380V , ±10 %
輸出 單相115V/ 230V , ±10 %可調(diào)
電壓調(diào)整率 1 %
輸出波形 正弦波,THD 3 % ,單次諧波 2 %
頻率 400Hz , ±30Hz 可調(diào)
過載能力 120 % ,10 分鐘
效率 > 80 %
6 結(jié) 論
單相4kW 變頻電源在兩種雷達(dá)上試用成功。在此基礎(chǔ)上,已派生出各種規(guī)格的電源。實(shí)現(xiàn)了實(shí)用化和系列化。已廣泛用于部隊(duì)、院
校、民航、科研單位等,用戶反映良好。
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