全桥拓扑正弦波逆变器中的功率元器件-www.loo588.com-lo588乐百家棋牌游戏-lo518乐百家在线娱乐官网

作者:工程技术小组 www.loo588.com,lo588乐百家 发布时间:2016-05-13 11:45:05 访问:695

IGBT比其他功率晶体管有更多有点。例如,具有更高电流承受能力,利用电压而非电流来进行栅极控制,以及能够与一个超快速回复二极管协同封装来加快关断速度。此外,工艺技术及器件结构的精细改进也使IGBT的开关性能得到极大改善其他优点还宝库更好的动态性能,以及拥有高度耐用性和宽安全工作区。在考虑这些因素滞后在(!:正弦波逆变器 )逆变器 的设计中通常会选用高电压IGBT作为功率开关。以光伏逆变器应用来说,IGBT能比其他功率元件提供更多的效益,其中包括高载流能力、以电压而非电流进行驱动,并能使逆并联二极管与IGBT配合。

 典型光伏逆变器全桥拓扑如下图所示:

 全桥拓扑正弦波逆变器中的功率元器件

Q1和Q3为了保持较低的功率耗损及较高的功率转换效率,设计中要正确选择低压侧和高压侧IGBT。为满足这个要求,IGBT应在20kHz或以上频率的情况下,对50Hz或60Hz的频率进行脉宽调制,逆变器的输出电感器L1和L2可以保持较小的体积,并能有效抑制谐波。此外,由于其转换频率超出人类正常听觉频谱,因此该设计也可减少逆变器产生的可听噪声。


把功耗降到最低的方法之一是对高压侧IGBT进行脉宽调制,对应的低压侧IGBT以50Hz或60Hz换相。如图:

全桥拓扑正弦波逆变器中的功率元器件

当Q1进行脉宽调制时,Q4维持正半周期工作Q2和Q3在正版周期保持关断。到了负半周期,当Q3进行脉宽调制时,Q2保持开启状态。Q1和Q4会在负半周期关断。

 与采用快速和标准速度的平面器件相比,采用开关速度为20kHz的超快速沟道型IGBT 可以提供较低的总导通损耗和开关功率损耗。同样,对于低压端开关电路 ,工作在60Hz的标准速度的IGBT可以提供最低的功损耗。此拓扑结构具有如下优势:

 1.通过允许高压端和低压端IGBT独立优化实现高的转换效率,电流不会在高压侧反 并联二极管上自由流动,因此可把不磨要的损耗降至最低。

 2.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。

 3.低压侧IGBT只会在50Hz或60Hz工频进行切换,主要是导通损耗。可优化低压侧 IGBT的反并联二极管,以尽量降低续流和反向恢复导致的损耗。

 4.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);不存在直通的可能性,由子同一相上的IGBT绝对不会以耳补的方式进行转换, 所以不可能出现总线短路击穿情况。

 5.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。

 在研究采用不同IGBT组合的各种开关技术后,能够实现最低功率耗损和最高逆变器性 能的最好组合是高压侧晶体管利用超高速沟道IGBT,而低压侧部分就采用标准速度的平面器 件。与快速和标准速度平面器件比较,开关频率在20kHz的超高速沟道IGBT提供最低的总 通态和开关功率损耗组合。高压侧IGBT的开关频率为20kJIZ可使输出电感器有合理的小尺 寸,同时也容易进行滤波。在低压侧方面,把标准速度平面IGBT的开关频率定在60Hz,使 功率损耗可以保持在最低的水平。

 高电压(600V)辑高速沟道IGBT的开关针对20kHz的开关频率进行了优化,在相关的 频率下能够保持最少的开关损耗,包括集电极到发射极的饱和电压总开关能量 根据这一点可选择超高速沟道IGBT (如IRGB4062DPBF)作为高侧功率器件。这种超高速构 道IGBT与一个超高速软恢复二极管采用协同封装,可进一步确保低开关耗损。

 此外,这些IGBT不用要求短路额定值,因为当逆变器的输出出现短路时,输出电感器 。和L2会限制di他电流,从而给控制器足够的时间做出适当的回应,还有,与同样尺寸的 非短路额定IGBT比较,短路额定IGBT拥有更高的U/ce(on)和Ers,会带来更高的功率损耗, 使功率逆变器的效率降低。