IGBT模塊：技術、驅動和應用課件：逆變器設計

逆變器設計IGBT模塊：技術、驅動和應用IGBTModules–Technologies,DriverandApplication1目錄逆變器的組成電壓等級寄生元件直流母線吸收電容驅動單元安裝電機電纜長度的影響濾波器熔斷器調(diào)制算法的影響基本公式1234567891011IGBTModules–Technologies,DriverandApplication2逆變器的組成電壓等級3IGBTModules–Technologies,DriverandApplication電源電壓Unom,RMS/Unom,DC直流母線電壓首選IGBT電壓等級（兩電平）230VRMS360V600V400VRMS620V1.2kV750VDC900V1.7kV690VRMS1.07kV1.7kV1.0kVRMS1.56kV2.5kV1.5kVDC1.80kV3.3kV2.3kVRMS3.58kV6.5kV3.0kVDC3.60kV6.5kV兩電平逆變器相關IGBT模塊電壓等級S1=10~20S2=50~604寄生元件寄生器件IGBTModules–Technologies,DriverandApplication5寄生元件設計的目標是盡可能地減少寄生效應IGBTModules–Technologies,DriverandApplication寄生電感（雜散電感）寄生電容（耦合電容）直流母線變壓器IGBT驅動與柵極連線光耦PCB中大的布線路環(huán)輸出電纜IGBT模塊（內(nèi)部結構）IGBT模塊（帶電部分與基板之間）逆變器內(nèi)部的寄生元件6平衡電阻若某一部分電容串聯(lián)支路損壞，不會使整個電路立即失效直流母線IGBTModules–Technologies,DriverandApplication選擇平衡電阻RBUC：每個電容的最大設計電壓[V]UDMAX：直流母線最大電壓[V]C：每個電容的值[F]7直流母線結構盡可能降低雜散電感連接端子之間的均流直流母線IGBTModules–Technologies,DriverandApplication8如果無法通過結構降低雜散電感:吸收電容吸收電容IGBTModules–Technologies,DriverandApplicationMKP型（金屬聚丙烯電容）薄膜電容LO2，DC是直流母線除直流母線電容外的所有寄生電感LO3，Module包括IGBT模塊內(nèi)的所有寄生電感9吸收電容對IGBT關斷過電壓的影響吸收電容IGBTModules–Technologies,DriverandApplication吸收電容選擇：容值和低自感（ESL）10驅動單元要盡量靠近IGBT模塊驅動單元安裝IGBTModules–Technologies,DriverandApplication11布局原則驅動單元安裝IGBTModules–Technologies,DriverandApplication+定義所有模塊設計+低寄生效應+保護功能效果良好+機械靈活性較好+開關特性幾乎不受電纜長度的影響+保護功能效果良好+適合并聯(lián)-增加零件數(shù)目11布局原則驅動單元安裝IGBTModules–Technologies,DriverandApplication機械靈活性較好對開關特性的影響有限保護功能效果降低集電極電纜對于其它部件需要有足夠的絕緣性機械靈活性較好對開關特性的影響明顯保護功能效果有限集電極電纜對于其它部件需要有足夠的絕緣性12驅動級的位置對IGBT開關特性的影響驅動單元安裝IGBTModules–Technologies,DriverandApplication1：驅動適配板和驅動核分離，距離低于15cm2：驅動適配板和驅動核分離，距離大于100cm3：驅動級通過100cm長的電纜和IGBT模塊的輔助端子相連13IGBT開關時的電壓變化率近似計算開關時的電壓變化率電機電纜長度的影響IGBTModules–Technologies,DriverandApplication線電壓直流母線電壓du/dt230V/1~325V2.2400V/3~565V3.8690V/3~975V6.5IGBT開關時的電壓變化率14電機電纜長度的影響IGBTModules–Technologies,DriverandApplicationIGBT逆變器通過長電纜連接到電機逆變器輸出脈沖電壓變化率為du/dt，通過連接電纜加到負載電機。逆變器輸出端串聯(lián)電抗器電機側串聯(lián)電抗器電機側并聯(lián)吸收電容增加低通濾波器（du/dt濾波器）降低電機側過電壓措施：15濾波電路可以抑制干擾電壓和電流信號：對稱（差模）信號不對稱的（共模）信號濾波器IGBTModules–Technologies,DriverandApplication電纜傳導干擾原理16濾波器電源濾波器IGBTModules–Technologies,DriverandApplication輸入濾波器（或電源濾波器）：低通濾波器目的：通過電流和電壓的基頻分量，濾除高頻分量

濾波器選擇：2%-4%（扼流圈的壓降與線電壓的比值）17濾波器直流母線濾波器IGBTModules–Technologies,DriverandApplicationX電容濾除差摸信號Y電容濾除共模信號壓敏電阻電壓過沖保護共模電感LDC用于抑制共模信號也可以在直流母線安裝差摸電感18濾波器輸出濾波器IGBTModules–Technologies,DriverandApplication作用：du/dt濾波器正弦波濾波器輸出扼流圈19濾波器輸出濾波器IGBTModules–Technologies,DriverandApplication扼流圈必須防止飽和電感值盡保持恒定19濾波器輸出濾波器IGBTModules–Technologies,DriverandApplication20熔斷器是用于阻斷半導體電流最后的保護措施熔斷器IGBTModules–Technologies,DriverandApplicationNH半導體熔斷器21超快速熔斷器(UR)電源二極管和晶閘管高壓大功率熔斷器(HH)中高壓電網(wǎng)的熔斷器低壓大高功率熔斷器(NH)低壓電網(wǎng)電器熔斷器(GS)電器設備熔斷器IGBTModules–Technologies,DriverandApplication半導體熔斷器可用于交流和直流電路（I2t交流標定）熔斷器按照類型分類熔斷器按照功能分類a類（部分分斷能力熔斷器）aM：部分分斷能力接觸器保護aR：部分分斷能力半導體保護g類（全分斷能力熔斷器）gL：分斷能力線路保護gR：全分斷能力半導體保護gB：全分斷能力礦用設備保護gTr：全分斷能力變壓器保護流過的負載電流要低于熔斷器的額定電流熔斷器斷開后兩端工作電壓不能高于熔斷器額定電壓電弧電壓或者開關電壓不能高于電力半導體的額定電壓熔斷器的熔斷I2t必須低于整流器二極管或晶閘管的I2t值當使用濾波電路時，確保短路電流足夠高能夠使熔斷器熔斷熔斷器的選擇標準21熔斷器IGBTModules–Technologies,DriverandApplication22調(diào)制算法的影響IGBTModules–Technologies,DriverandApplicationCPWM：每個載波周期內(nèi)器件的開關都是連續(xù)的SPWM:正弦波PWMSVPWM：空間矢量PWMTHIPWM：三次諧波注入PWMDPWM：在載波周期內(nèi)有些開關在特定時間里不動作DPWMMINDPWMMAXDPWM3GDPWM逆變器的調(diào)制算法:輸出電流質(zhì)量電力電子器件的開關損耗23調(diào)制算法的影響IGBTModules–Technologies,DriverandApplicationSVPWM(空間矢量PWM)24調(diào)制算法的影響IGBTModules–Technologies,DriverandApplication諧波失真度（HDF）：評價選用的PWM技術25調(diào)制算法的影響IGBTModules–Technologies,DriverandApplication開關頻率校正系數(shù)：26調(diào)制算法的影響IGBTModules–Technologies,DriverandApplicationPDPWM利用DPWM技術產(chǎn)生的損耗PCPWM利用CPWM技術產(chǎn)生的損耗開關損耗系數(shù)（SFL）：SLF與電流相位角φ的關系曲線27基本公式IGBTModules–Technologies,DriverandApplication三相逆變器整流輸入最大整流電壓二極管的平均電流電流有效值28基本公式IGBTModules–Technologi