改進(jìn)的開關(guān)性能快速IGBT帶來新的挑戰(zhàn)
為了盡量減少直流母線寄生電感引起的電壓尖峰,吸收電容直接安裝在模塊上[4]。關(guān)斷期間電壓曲線uZK可用一個呈指數(shù)衰減的正弦波來表示:
(4)
包絡(luò)線的幅值A(chǔ),是直流母線電路在臨近T2關(guān)斷時刻之前所提供的電流以及直流母線電壓恒定分量的函數(shù)。開始階段儲存在寄生直流母線電感LZK中的電磁能周期性地來回在吸收電容CZK上擺動(直流母線電容器的有效電容與CZK相比足夠大,因此忽略不計),并且(因為RZK上的損耗)強度不斷減小。在t=π/2時刻,當(dāng)LZK的整個能量WL出現(xiàn)在CZK中,幅值A(chǔ)可確定如下(其中WC代表存儲在CZK中的能量):本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/230972.htm
其中 :
(5)
其中:
圖4顯示了t=π/2時正弦波的幅值略高。這是由于LSn(但在公式中被忽略了)的影響。
圖3 不同di/dt時的功率二極管正向恢復(fù)時間
圖4 基于uCE和iC計算出的uZK和uModul曲線
5 模塊的影響
在功率模塊自身,條件是不同的。這里,為了空間和操作安全性(高溫)的原因,沒有安裝吸收電容。因此,模塊固有的寄生電感,如母排、DBC布局和綁定線上的電感,必須通過適當(dāng)?shù)脑O(shè)計措施來最小化。此外,關(guān)斷電壓尖峰只能通過合適的開關(guān)時間調(diào)制方式來改變,因為該值取決于di/dt 。
(6)
其中:
上述公式中包括作為附加元件的二極管電壓UD1。該電壓也表示正向恢復(fù)時間電壓[1],出現(xiàn)在具有大di/dt的大電流注入正向工作二極管時,即帶有感性負(fù)載續(xù)流的情況。圖3顯示了功率二極管的電壓曲線(對于不同的注入電流值),約10ns-20ns后電壓達(dá)到最大值,然后下降到正常的正向電壓。最高電壓可以高達(dá)幾100V。
6 使用示例曲線定義參數(shù)
圖2中曲線的目的是展示如何定義的關(guān)鍵特征值。示例曲線指的是一個擁有200V直流母線電壓的電路、一個0.68μF吸收電容和一個350μH短路電感的小實驗裝置。
6.1直流母線共享分析
為了給選定的直流母線電壓定義時間常數(shù)τ,從曲線上選取了兩個有意義的測量點:
(7)
對于串聯(lián)諧振電路(RZK,LZK和吸收電容CZK在一個回路中),直流母線的寄生電感,可通過諧振條件的給定頻率(fR =763.5 kHz)計算得到:
磁損耗電阻由下式計算:
因此,該系列諧振電路的品質(zhì)因數(shù)為:
定義ω、τ、UZK和幅值A(chǔ)更為簡潔和精確的方法,是使用數(shù)值數(shù)據(jù)處理和可視化工具xmgrace[2]。在這一點上,下面的公式適合電壓峰值和經(jīng)過多次振蕩后之間的區(qū)域:
y = a0 + a1 * sin(a2*g0.s1.x-a3) * exp(-(g0.s1.x-a3)/a4) (8)
經(jīng)過20次非線性擬合迭代后的參數(shù)結(jié)果列于表1。結(jié)果曲線如圖4所示。
6.2 分析模塊共享
過電壓的模塊共享可按照兩個步驟進(jìn)行處理:首先通過對集電極電流曲線IC微分(例如用xmgrace);然后進(jìn)行縮放以將新曲線相應(yīng)地插入到第一個UCE電壓峰值。在這里,(負(fù))的縮放因子被發(fā)現(xiàn)與模塊的寄生電感不對應(yīng),因此應(yīng)該考慮到二極管的影響。這就是引入虛構(gòu)模塊電感LModule,fict.的原因:
(9)
計算得到的虛擬值:
事實上,電壓曲線uModule不僅取決于半導(dǎo)體的開關(guān)行為和模塊的寄生電感,也取決于二極管的正向恢復(fù)。出于這個原因,LModule,fict必須以二極管的正向恢復(fù)為基礎(chǔ)來進(jìn)行修正??偟碾妷涸黾又姓蚧謴?fù)所占的最大份額應(yīng)以最大的di/dt (圖3)為基礎(chǔ)進(jìn)行估算,在10kA/μs以下,所使用的標(biāo)準(zhǔn)功率二極管的正向恢復(fù)電壓Ufr,max可由下式相當(dāng)精確地得出:
(10)
對于本例中的di/dt=1.3kA/μs,該電壓值約為20.5V。因此,由于是感性分量,過電壓下降到約70V,測試模塊自身的電感下降到49.8nH(計算值)。
兩條曲線的重疊(圖4)帶來最初計算得到的uce,從t=0時刻起適用。例如,現(xiàn)在可以很容易地確定替代吸收電容的特性。
評論