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工程師研發(fā)日記:光伏逆變器可靠性設(shè)計(jì)

作者: 時(shí)間:2013-01-28 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
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功率開關(guān)管驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

IGBT驅(qū)動(dòng)電路的作用是將DSP發(fā)出的控制信號(hào)加以隔離并放大, 以驅(qū)動(dòng)IGBT等功率器件,并檢測(cè)電路的電壓,防止因電路過壓, 短路而造成IGBT損壞,因此驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)滿足以下要求:

(1)為了減少器件的損耗,驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)保證器件充分導(dǎo)通和可靠關(guān)斷。 驅(qū)動(dòng)電路與IGBT的連線要盡量短。

(2)保障驅(qū)動(dòng)電路和主回路的電氣隔離,由于主回路是高電壓, 驅(qū)動(dòng)控制電路是低電壓,所以要求驅(qū)動(dòng)信號(hào)與主回路無電氣耦合。

(3)具有抗干擾能力,防止開關(guān)器件在各種外界干擾下的出現(xiàn)誤動(dòng)作, 影響逆變器總的發(fā)電量,保證器件的高可靠的工作。

(4)具有可靠的保護(hù)能力,當(dāng)主回路或驅(qū)動(dòng)控制電路出現(xiàn)故障時(shí) (如主電路過電流、過電壓和驅(qū)動(dòng)電路欠電壓), 驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)迅速封鎖IGBT的PWM信號(hào),關(guān)斷器件。 主要的保護(hù)功能有:過流檢測(cè)及保護(hù),欠壓檢測(cè)及保護(hù), 溫度檢測(cè)及保護(hù)。

IGBT驅(qū)動(dòng)電路按功能可分三種類型:?jiǎn)喂δ苄?、多功能型、全功能型?

(1)單功能型驅(qū)動(dòng)電路是由功率緩沖器和光耦構(gòu)成,如HCLP-3150,

(2)多功能型的大功率IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路,如HCPL-316J、 M57962, VLA500-01等。

直流母線電容設(shè)計(jì)

太陽能組件輸出的連續(xù)的直流電流,逆變橋采用高頻PWM控制,輸出的是高頻脈沖電流,因此在逆變橋和太陽能組件之間,需要一個(gè)直流支撐電容,主要有以下幾個(gè)作用:

(1)和太陽能組件一起提供逆變器輸入電流;

(2)降低諧波電流進(jìn)入電網(wǎng);

(3)當(dāng)機(jī)器在緊急情況下急停時(shí),能吸收功率開關(guān)器件關(guān)斷下能量;

(4)在特殊工況下,能提供瞬時(shí)峰值功率;

(5)當(dāng)逆變器受到電網(wǎng)瞬時(shí)峰值沖擊,能保護(hù)逆變器。

母線電容設(shè)計(jì)選型,要考慮的以下主要因素:電容器的額定電壓、電容器容量、電容器的紋波電流、電容器的安裝散熱方式,電容器的溫升和壽命等等

1)從紋波電流考慮,母線電容中的紋波電流一般取流過IGBT電流的0.65倍。所有電容的紋波電流之各要大于此值。

2)從能量的轉(zhuǎn)換考慮,一般要使電容組能提供0.5個(gè)周期的能量。

3) 電容的電壓要大于電流最高電壓

選擇IGBT時(shí)需要考慮額定電壓和額定電流是否在允許的范圍內(nèi):

耐電壓要求:IGBT在開通和關(guān)斷時(shí),會(huì)在產(chǎn)生尖峰電壓,這個(gè)電壓要低于器件的耐壓值,否則器件將因電壓過高擊穿而損壞;本逆變器輸入電壓范圍是450VDC到820VDC,關(guān)斷時(shí)的峰值電壓為: UCESP (820×1.1+50)×α=1047V

式中,IGBT的CE兩端承受的最高電壓是820V,1.1為IGBT電壓保護(hù)系數(shù),α為安全系數(shù),一般取1.1,50為L(zhǎng)×(di/dt)引起的尖峰電壓。令UCES≥UCESP,并向上靠攏IGBT的實(shí)際電壓等級(jí),取UCES=1200V。

安全電流:IGBT工作過程中,峰值電流必須小于IGBT的額定電流;


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