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采用IGBT作为功率开关的500W太阳能逆变器设计

作者:时间:2010-11-09来源:网络收藏

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/180276.htm

  与快速和标准速度的平面器件相比,速度为20kHz的超快速沟道型可以提供最低的总导通损耗和损耗。同样,对于低压端电路,工作在60Hz的标准速度可以提供最低的损耗。

  研究高压(600V)超快速沟道型的开关特性可以清楚地发现,这些器件工作在20kHz时具有最佳性能。这些器件在这些频率点可以提供最小的开关损耗,包括更低的集电极到发射极饱和电压(VCE(on))和总开关能量(ETS),从而使总导通损耗和开关损耗保持最小。因此,高压端功率器件通常选用超快速沟道型IGBT,如IRGB4062DPBF。

  事实上,为进一步降低开关功率损耗,IRGB4062DPBF在同一封装内还集成了一个超快速软恢复二极管。高压端晶体管的开关频率选在20kHz的另一个好处是输出电感可以做得很小,使谐波分量的滤除非常容易。此外,这些IGBT不要求短路率,因为当输出短路时,输出电感L1和L2将限制电流di/dt,从而给控制器留出足够的反应时间。

  此外,有短路率要求的IGBT可以比相同尺寸的无短路率IGBT提供更高的VCE(on)和更高的ETS。这样,有短路率要求的IGBT的功率损耗会更大,从而降低电源的效率。

  除了能在相同封装内提供更低导通和开关损耗、更大的电流密度外,超快速沟道型IGBT可以提供正方形反向偏置工作区和175°的最大结点温度,并能承受4倍的额定电流。

  与高压端器件不同,导通损耗是低压端IGBT的主要因素。因为低压端晶体管的工作频率只有60Hz,所以这些器件的开关损耗不是很明显。标准速度的平面IGBT是专门针对低频率和低导通损耗优化了的器件。因此当低压端器件开关频率为60Hz时,这些低压端器件可以使用标准速度的平面IGBT实现最低功率损耗。

  由于这些器件的开关损耗不大,所以不会影响标准速度平面IGBT的总功率损耗。因此,标准速度IGBT IRG4BC20SD是低压端功率器件的正确选择。

  封装内集成了超快速、软恢复、反平行二极管的第四代IGBT,针对最小饱和电压与低工作频率(1kHz)作了优化,典型的VCE(on)在电流为10A时是1.4V。跨接低压端IGBT的同封装二极管具有特别低的前向电压降和反向泄漏电流,可以使续流(freewheeling)和反向恢复期间的损耗达到最小。

  这个中的开关技术具有如下优势:通过允许高压端和低压端IGBT独立优化实现很高的效率;高压端、同封装的软恢复二极管没有续流时间,从而消除了不必要的开关损耗;低压端IGBT的开关频率只有60Hz,因此导通损耗是这些IGBT的主要因素;没有交叉导通,因为任何时间点的开关都发生在对角的两个器件上(Q1和Q4或Q2和Q3);不存在总线直通的可能性,因为桥的同一边上的IGBT永远不可能以互补方式开关;跨接低压端IGBT的同封装、超快速、软恢复二极管经过优化可以使续流和反向恢复期间的损耗达到最小。

  功能和性能

  在系统级电源电路中,H桥的每条边都使用高电压、高速栅极驱动器IC进行驱动,并且这些IC具有独立的低压端和高压端参考输出通道(图3)。驱动器IRS2106SPBF的浮动通道允许对高压端功率晶体管进行自举电源操作。

  

高效的500W太阳能逆变器设计

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