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優(yōu)化高電壓IGBT造就高效率太陽能逆變器

作者: 時(shí)間:2010-01-06 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

由于高側(cè)Q1和Q2協(xié)同封裝二極管并不受續(xù)流電流影響,同時(shí)低側(cè)Q3及Q4擁有主要的通態(tài)耗損和非常少的開關(guān)耗損,整體系統(tǒng)損耗獲得最小化,而系統(tǒng)效率就得到最大化。此外,因?yàn)樵谌魏螘r(shí)間,開關(guān)都在對角器件配對Q1和Q4,或者Q2和Q3上進(jìn)行,所以排除了直通的可能性。同時(shí),每個(gè)輸出驅(qū)動器IC具備高脈沖電流緩沖級以最小化驅(qū)動器的直通。這個(gè)的另一個(gè)突出功能,是它以單一直流母線供電運(yùn)作。因此,排除了負(fù)直流母線的需求。簡單點(diǎn)來說,針對整體,以上這些安排全部都可以轉(zhuǎn)化為更高的效率和更少的零件數(shù)目。更少的零件也表示設(shè)計(jì)可以占更少的空間,以及擁有更簡短的物料清單。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/181103.htm

圖3 電容器充電波形


在這個(gè)設(shè)計(jì)中,+20V電源首先用來推動微型處理器,并且管理不同的電路。有關(guān)代碼的實(shí)現(xiàn),這個(gè)逆變器解決方案中采用的8位微型控制器PIC18F1320會為驅(qū)動器產(chǎn)生信號,由此最終提供用來驅(qū)動的信號。以專用先進(jìn)高IC工藝過程 (G5 HVIC)以及鎖存免疫CMOS技術(shù)的柵極驅(qū)動器集成高轉(zhuǎn)換和終端技術(shù),使驅(qū)動器能夠從微型控制器的低輸入產(chǎn)生適當(dāng)?shù)臇艠O驅(qū)動信號。有關(guān)的邏輯輸入與標(biāo)準(zhǔn)CMOS或LSTTL輸出相容,邏輯電壓可低至3.3V。


超高速二極管D1和D2提供路徑來把電容器C2及C3充電,并且確保高側(cè)驅(qū)動器獲得正確的動力。圖3描繪出相關(guān)的輸出波形。如圖所示,在正輸出半周期內(nèi),高側(cè) Q1經(jīng)過正弦PWM調(diào)制,但低側(cè)Q4就保持開通狀況。同樣地,在負(fù)輸出半周期內(nèi),高側(cè)Q2經(jīng)過正弦PWM調(diào)制,而低側(cè)Q3則保持開通狀況。這種開關(guān)技術(shù)在輸出LC濾波器之后,于電容器C4的兩端提供60Hz交流正弦波。


逆變器是為500W的輸出而設(shè)計(jì),測量所得的交流輸出功率是480.1W,功率損耗則是14.4W。在60Hz的頻率下,交流輸出電壓有117.8V,輸出電流是4.074A。這個(gè)配置獲得97.09%的效率。利用相似的配置,將逆變器改為針對200W輸出,然后再重新測量轉(zhuǎn)換效率。結(jié)果顯示,在這個(gè)負(fù)載下,交流功率為214W,功率耗損有6.0W,而在1.721A的輸出電流下,60Hz輸出電壓為124.6V。在這個(gè)功率額定值下,所得的轉(zhuǎn)換效率為97.28%。即使在較低一端的輸出功率(100W),我們也看到相似的效率性能。


簡單來說,通過把適當(dāng)?shù)母唠妷候?qū)動器與了的低側(cè)和高側(cè)高電壓IGBT結(jié)合,我們在這里提到的逆變器設(shè)計(jì),能夠在100~500W的功率輸出范圍內(nèi)持續(xù)提供高轉(zhuǎn)換效率性能。由于轉(zhuǎn)換效率非常高,所以有關(guān)的低功率損耗并不會帶來任何溫度管理挑戰(zhàn)。因此,在最高500W的輸出功率下,高側(cè)IGBT (IRGB4062DPBF) 的結(jié)溫大約80℃,比最高的特定結(jié)溫175℃要低于一半。同樣地,在一樣的功率水平下,低側(cè)IGBT (IRG4BC20SD-PBF)顯示83℃的結(jié)溫。同時(shí),當(dāng)輸出功率達(dá)到200W左右,溫度還會變得更低。


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