“I”型三電平逆變器開關(guān)管不均壓研究
2.2 優(yōu)化控制方式
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/201606/293264.htm為了避免由于開關(guān)管自身的寄生參數(shù)差異而造成內(nèi)、外管在關(guān)機(jī)時的關(guān)斷速度不一致,進(jìn)而損壞內(nèi)管,在“I”型三電平四個開關(guān)管的邏輯控制上加入一些保護(hù)的措施,可對開關(guān)管進(jìn)行有效的保護(hù)[1]。
常規(guī)的開關(guān)動作時序如圖2所示,在此基礎(chǔ)上加入開機(jī)、關(guān)機(jī)時刻的保護(hù)邏輯,旨在開機(jī)時刻保證內(nèi)管先于外管開通,關(guān)機(jī)時刻保證內(nèi)管后于內(nèi)管關(guān)斷,防止內(nèi)、外管承受電壓不均。加入的特殊控制邏輯大致可分為兩種:第一,開機(jī)時刻,在正半周中,按照發(fā)波相位邏輯先將Q2開通,隨后開通Q1,即Q2和Q1要有一定的延遲;在負(fù)半周中,先將Q3開通,隨后開通Q4,即Q3和Q4要有一定的延遲。第二,關(guān)機(jī)時刻,在正半周中,先將Q1關(guān)斷,隨后將Q2關(guān)斷,Q1和Q2的關(guān)斷要有一定的延遲;在負(fù)半周中,關(guān)機(jī)時,先將Q4關(guān)斷,隨后將Q3關(guān)斷,Q4和Q3關(guān)斷要有一定的延遲[5,9]。
2.3 優(yōu)化硬件電路
通過前文的分析可以得出,“I”型三電平內(nèi)、外管關(guān)斷時不均壓的原因是由于開關(guān)管的制造工藝和批次造成其寄生參數(shù)不一致,即輸出電容Coss大小不同導(dǎo)致關(guān)斷速度不同,造成內(nèi)、外管承受電壓不一致。
在發(fā)波控制方式上的優(yōu)化方案可以有效針對軟開、關(guān)機(jī)的工況,即由于過流、過壓等原因的開、關(guān)機(jī)。對于控制器由于掉電復(fù)位的開、關(guān)機(jī),無法通過發(fā)波控制解決。因此,在硬件電路中徹底解決此問題就顯得非常關(guān)鍵。而解決該問題的核心可將內(nèi)管的輸出電容人為加大,使內(nèi)管的關(guān)斷速度滯后于外管,這樣可以完全避免內(nèi)、外管承受電壓的不一致,從而對“I”型三電平的內(nèi)管進(jìn)行有效保護(hù),增強(qiáng)逆變器系統(tǒng)整體可靠性[6-7]。
如圖6所示,為實現(xiàn)內(nèi)管關(guān)斷速度滯后于外管關(guān)斷速度,在內(nèi)管的集電極與發(fā)射極間并聯(lián)R、C電路,其中電容的選擇要根據(jù)IGBT本身輸出寄生電容而定。以Infineon公司的600V/50A IGBT(IKW50N60)為例,其輸出電容Coss典型值為200pF,在以此款I(lǐng)GBT組建“I”型三電平時,并聯(lián)電容可選用一倍到兩倍的輸出電容Coss值比較合適,在此選擇330pF/1000V的陶瓷電容。與電容串聯(lián)的電阻大概為10ohm到30ohm之間,其主要作用是將IGBT正常開關(guān)動作時電容儲存的能量用電阻消耗掉,或者可以理解為加以阻尼來防止該并聯(lián)電容與電路中寄生電感振蕩[8]。
3 均壓效果
本文中“I”型三電平逆變器的功率為6kVA,IGBT選用Infineon的IKW50N60(600V/50A),逆變器直流側(cè)母線電壓為380V,逆變器工作頻率為20kHz。
首先在發(fā)波控制上,利用CPLD(Complex Programmable Logic Device)將DSP發(fā)出的SPWM波按照文中提到的方法處理,即開機(jī)時,內(nèi)管超前外管開通1.5μs(根據(jù)具體情況可調(diào),一般與死區(qū)時間一致);關(guān)機(jī)時,內(nèi)管滯后外管關(guān)斷1.5μs。其次,在硬件上,內(nèi)管并聯(lián)阻容網(wǎng)絡(luò),選擇330pF/1000V的陶瓷電容與15ohm/2W的繞線電阻。實驗測試波形見圖8和圖9,波形顯示Q1和Q2的電壓基本保持一致,不存在內(nèi)、外管承受電壓不均的情況,逆變器工作良好。
4 結(jié)論
由測試波形可以看出,經(jīng)過在發(fā)波控制上加入防止內(nèi)、外管承受電壓不均的邏輯時序及在硬件電路上加入防止內(nèi)管先于外管關(guān)斷的阻容網(wǎng)絡(luò)后,內(nèi)、外管關(guān)斷的電壓保持一致,最大為半邊母線電壓。因此,該方法是從發(fā)波控制與硬件電路上進(jìn)行的優(yōu)化設(shè)計,可以有效解決由于內(nèi)、外管關(guān)斷不一致而造成的內(nèi)、外管承受電壓不均的問題。該優(yōu)化設(shè)計目前已成功應(yīng)用到“I”型三電平逆變器的UPS及光伏逆變器產(chǎn)品中。
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本文來源于中國科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2016年第6期第59頁,歡迎您寫論文時引用,并注明出處。
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