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单相电压精小型

单相电压单相电压升高的缘由单相电压型逆变电

作者:万博国际官网 发布时间:2019-04-10 08:23

  智能功率模块(IntelligentPowerModule,单相电压单相电压升高的缘由单IPM)以开关速率快、损耗小、功耗低、有多种庇护功效、抗滋扰威力强、无须采纳防静电办法、体积小等长处在电力电子范畴获得越来越普遍的使用。以PM200DSA060型IPM为例。引见IPM使用电路设想和在中的使用。

  IPM由高速、低功率IGWT、优选的门级驱动器及庇护电路形成。此中,IGBT是GTR和MOSFET的复合,由MOSFET驱动GTR,因此IPM拥有GTR高电流密度、低饱和电压、高耐压、MOSFET高输入阻抗、高开关频次和低驱动功率的长处。

  按照内部功率电路设置装备摆设环境,IPM有多品种型,如PM200DSA060型:IPM为D型(内部集成2个IGBT),其内部功效框图如图1所示,内部布局如图2所示。内有驱动和庇护电路,庇护功效有节制电源欠压锁定庇护、过热庇护、过流庇护和短路庇护,当此中任一种庇护功效动作时。IPM将输出毛病信号FO。

  IPM内部电路不含预防滋扰的信号断绝电路、自庇护功效和浪涌接收电路。为了包管IPM平安靠得住。必要本人设想部额外围电路。

  IPM的外部驱动电路是IPM内部电路和节制电路之间的接口,优良的外部驱动电路对以IPM形成的体系的运转效率、靠得住性战争安性都有主要意思。

  由IPM内部布局图可见,器件自身含有驱动电路。所以只需供给餍足驱动功率要求的PWM信号、驱动电路电源和预防滋扰的电气断绝安装即可。可是.IPM对驱动电路输出电压的要求很严酷:驱动电压范畴为13.5V~16.5V,电压低于13.5V将产生欠压庇护,万博国际官网电压高于16.5V可能损坏内部部件,驱动信号频次为5Hz-20kHz,且需采用电气断绝安装。预防滋扰:驱动电源绝缘电压至多是IPM极间反向耐压值的2倍(2Vces),驱动电流达19mA一26mA,驱动电路输出真个滤波电容不克不及太大,这是由于当寄生电容跨越100pF时。噪声滋扰将可能误触发内部驱动电路。

  图3所示是一种典范的高靠得住性IPM外部驱动电路方案。来自节制电路的PWM信号经R1限流.再经高速光耦断绝并放大后接IPM内部驱动电路并节制开关督工作,FO信号也颠末光耦断绝输出。此中每个开关管的节制电源端采用独立断绝的稳压。15V电源,且接1只10F的退耦电容器(图中未画出)以滤去共模噪声。Rl按照节制电路的输出电流拔取.如用DSP发生PWM,则R1的阻值可为330。R2按照IPM驱动电流选值,一方面应尽可能小以避免高阻抗IPM拾取噪声。另一方面又要足够靠得住地节制IPM。可在2k~6.8k内拔取。C1为2端与地间的O.1F滤波电容器,PWM断绝光耦的要求是tPLH10kV/s,可选用HCPIA503型、HCPIA504型、PS204l型(NEC)等高速光耦,且在光耦输入端接1只O.1的退耦电容器(图中未画出)。FO输出光耦可用低速光耦(如PC817)。IPM的内部引脚功效如表1所示。

  图3的外部接口电路间接固定在PCB上且接近模块输入脚,以削减噪声和滋扰,PCB上布线的距离应恰当,避免开关时滋扰惹起的电位变迁。

  别的,思量到强电可能形成外部驱动电路到IPM引线间按照滋扰巨细加滤波电容器。

  因为IPM自身供给的庇护电路不具备自庇护功效,所以要通过外围硬件或软件的辅助电路将内部供给的:FO信号转换为封闭IPM的节制信号,关断IPM,实现庇护。

  IPM有毛病时,FO输出低电平,通过高速光耦达到硬件电路,关断PWM输出,从而到达庇护IPM的目标。具体硬件毗连体例如下:在PWM接口电路前置带节制真个3态收发器(如74HC245)。PWM信号颠末3态收发器后送至IPM接口电路,IPM的毛病输出信号FO经光耦断绝输出送入与非门。再送到3态收发器使能端OE。IPM一般事情时与非门输出为低电平。相电压型逆变电路万博国际官网3态收发器选通,IPM有毛病时与非门输出为高电平。3态收发器所有输出置为高阻态。封闭各个IPM的节制信号,关断IPM,实现庇护。

  IPM有毛病时FO输出低电平,FO信号通过高速光耦送到节制器进行处置。处置器确认后。操纵中缀或软件关断IPM的PWM节制信号,从而到达庇护目标。如在基于DSP节制的体系中,操纵事务办理器中功率驱动庇护引脚(PDPINT)中缀实现对IPM的庇护。凡是1个事务办理器严生的多路PWM可节制多个IPM事情.此中每个开关管均可输出FO信号,每个开关管的FO信号通过与门.当任一开关管有毛病时输出低电平,与门输出低电平。将该引脚连至PDPINT,因为PDPINT为低电日常平凡DSP中缀,万博国际官网所有的事务办理器输出引脚均被硬件设置为高阻态,从而到达庇护目标。

  以上2种方案均操纵IPM毛病输出信号封闭IPM的节制信号通道,单相电压升高的缘由因此填补了IPM本身庇护的有余,无效地庇护了器件。

  在IPM使用中,万博国际官网因为高频开关历程和功率回路寄生电感等叠加发生的di/dt、dv/dt和瞬时功耗会对器件发生较大的打击,易损坏器件,因而需设置缓冲电路(即接收电路),目标是转变器件的开关轨迹,节制各类瞬态过压,低落器件开关损耗,庇护器件平安运转。

  图4为常用的3种IPM缓冲电路。单相电压型逆变电路图4(a)为单只无感电容器形成的缓冲电路,对瞬变电压无效且本钱低,合用于小功率IPM。图4(b)为RCD形成的缓冲电路,合用于较大功率IPM.缓冲二极管D可箝住瞬变电压,从而抑止因为母线寄生电感可能惹起的寄生振荡。其RC时间常数应设想为开关周期的1/3,即r=T/3=1/3f。图4(c)为P型RCD和N型RCD形成的缓冲电路,合用于大功率IPM。功效雷同于图4(b)所示的缓冲电路,其回路电感更小。若同时共同利用图4(a)所示的缓冲电路。还能减小缓冲二极管的应力,缓冲结果更好。

  在图4(c)中,当IGBT关断时,单相电压负载电流经缓冲二极管向缓冲电容器充电,同时集电极电流逐步削减,因为电容器二真个电压不克不及突变,所以无效地制约了IGBT集电极电压上升率dv/dt。也避免了集电极电压和集电极电流同时到达最大值。IGBT集电极母线电感、电路及其元件内部的杂散电感在IGBT开通时贮存的能量,这时储具有缓冲电容器中。当IGBT开通时,集电极母线电感以及其他杂散电感又无效地制约了IGBT集电极电流上升率di/dt.同样也避免了集电极电压和集电极电流同时到达最大值。此时,缓冲电容器通过外接电阻器和IGBT开关放电,其贮存的开关能量也随之在外接电阻器和电路、元件内部的电阻器上耗散。如斯,便将IGBT运转时发生的开关损耗转移到缓冲电路,最初在有关电阻器上以热的情势耗散,从而庇护IGBT平安运转。

  图4(c)中的电阻值和电容值按经验数据拔取:如PM200DSA060的电容值为0.221xF~0.47xF,耐压值是IGBT的1.1倍~1.5倍,电阻值为10?20,电阻功率按P=fCU2xlO-6计较,此中f为IGBT事情频次,u为IGBT的事情峰值电压。C为缓冲电路与电阻器串联电容。二极管选用快规复二极管。万博国际官网为了包管缓冲电路的靠得住性,能够按照功率巨细取舍封装好的图4所示的缓冲电路。

  别的,因为母线电感、缓冲电路及其元件内部的杂散电感对IPM特别是大功率IPM有极大的影响,因而愈小愈好。要减小这些电感需从多方面人手:直流母线要尽量地短,缓冲电路要尽可能地接近模块,选用低电感的聚丙烯无极电容器、与IPM相婚配的倏地缓冲二极管及无感泄放电阻器。

  图5所示的单相全桥逆变电路次要由逆变电路和节制电路构成。逆变电路包罗逆变全桥和滤波电路,此中逆变全桥完成直流到交换的变换.滤波电路滤除谐波身分以得到必要的交换电,节制电路完成对逆变桥中开关管的节制并实现部门庇护功效。

  图中的逆变全桥由4个开关管和4个续流二极管构成,事情时开关管在高频前提下通断.开关霎时开关管电压和电流变大,损耗大,结温升高,加上功率回路寄生电感、振荡及噪声等。极易导致开关管霎时损坏,以往常用分立元件设想开关管的庇护电路和驱动电路,导致电路复杂且不靠得住。

  本文采用一对PM200DSA060双单位IPM模块别离取代图中Vl、D1、V2、D2组合和V3、D3、v4、D4组合形成全桥逆变电路,操纵DSP对IPM的节制,完成了中频次20kW、230V逆变器的设想和调试,万博国际官网采用了如上所述的驱动电路、图4(c)中的缓冲电路和基于DSP节制的软件IPM庇护电路。设想实践表白:利用IPM可简化体系硬件电路、缩短体系开辟时间、提高靠得住性、缩小体积,提高庇护威力。


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