Требования к обратным диодам, которые работают в режиме выпрямления и инвертирования в преобразователях напряжения

Обратные диоды в преобразователях на IGBT или MOSFET должны удовлетворять различным требованиям, которые зависят от того, используются ли они в выпрямителях или в инверторах.

Обычно, средняя энергия передается в инверторе в направлении от постоянного напряжения к переменному, т.е. нагрузка потребляет переменное напряжение. С другой стороны, средняя энергия передается в выпрямителе со стороны переменного напряжения к постоянному. В этом случае преобразователь работает как импульсный выпрямитель, подсоединенный к сети переменного тока или к генератору. Хотя преобразование мощности в обоих случаях одинаково, в силовых полупроводниковых приборах различные потери, в основном из-за разного сдвига фаз при работе между напряжением и током на стороне переменного напряжения.

Это поясняется на примере основной схемы на рис.1.26.

Рис. 1.26

Схема показывает, что:

• если v_out = положительное и i_L > 0: ток идет через IGBT 1;
• если v_out = отрицательно и i_L > 0: ток идет через диод 2;
• если v_out = положительное и i_L < 0: ток идет через диод 1;
• если v_out = отрицательно и i_L < 0: ток идет через IGBT 2.

Соответственно, потери в открытом состоянии в IGBT и диодах при данном среднеквадратическом значении тока зависят от cosj между напряжением и током основной частоты, а также от коэффициента модуляции m преобразователя (определяется рабочим циклом).

Работа при 0 m cosj 1. Потери мощности в преобразователе достигают предела, если m cosj = 1, потери в IGBT максимальны, потери в обратных диодах минимальны.

Работа при 0 m cosj -1. Потери мощности в преобразователе достигают предела, если m cosj = -1, потери в IGBT минимальны, а в диодах - максимальны.

Применительно к характеристике на рис.1.27, такая ситуация возникает, когда на основной частоте импульсного выпрямителя преобразуется чисто активная мощность, и средняя точка сети подключена к средней точке преобразователя.

Это представлено на графиках рис.1.27 в качестве примера.

Рис. 1.27. Потери в активном режиме и при переключении в IGBT и обратном диоде

При данном постоянном напряжении и среднеквадратичном значении переменного тока, потери на коммутацию зависят (линейно) только от частоты коммутации (рис.1.27).

Большинство модулей IGBT и MOSFET с внутренними обратными диодами рассчитаны на применение в инверторах с учетом потерь мощности, которая может быть рассеяна при номинальном токе (например, cosj = 0.6.1). Благодаря уменьшению общих потерь, диоды разработаны для значительно меньших потерь мощности, по сравнению с IGBT (отношение IGBT : диод: 2.3 : 1). Поэтому, использование силового модуля с большим значением номинального тока рекомендуется, если в импульсном выпрямителе такая же мощность преобразования, как и в соответствующем импульсном преобразователе.

Пример:

• Питание (400 В/50 Гц) - импульсный выпрямитель (f_s = 10.12 кГц) - постоянное напряжение - инвертор (f_s = 10.12 кГц) - трехфазный двигатель (400 В/50 Гц/22 кВт)
• Импульсный источник питания - стандартные IGBT модули (phase leg) 1200 В/100 А (Т_с = 80°С)
• Инвертор - стандартные IGBT модули (phase leg) 1200 В/75 А (Т_с = 80°С)

---

---

Главная - Микросхемы - DOC - ЖКИ - Источники питания - Электромеханика - Интерфейсы - Программы - Применения - Статьи