在通用變頻器或伺服驅動器的設計中,經常會用到英飛凌的PIM模塊(即集成了二極體整流橋+剎車單元+IGBT逆變單元的模塊)。一般情況下PIM模塊中的整流二極體都是根據後面逆變IGBT的電流等級來合理配置的,且由於其多數都是連接電網工作於工頻50或60Hz工況,晶片結溫波動很小,因此其通常不會是IGBT PIM模塊是否適用的瓶頸,所以一般在器件選型時也不會特意去計算或仿真PIM模塊中整流橋部分的損耗。但有些客戶的機型要滿足一些特殊工況,或需要考慮模塊的整體損耗來做系統的熱設計,這時就需要計算整流橋的損耗。而目前我們在線仿真工具IPOSIM並不支持,所以在此介紹一種變通的計算方法,以備您不時之需。
整流橋的損耗計算,在PIM模塊里的二極體電流能力都不大,且處於工頻開關,所以其開關損耗一般可以忽略,而只計算其導通損耗,相應的理論公式如下,其對晶閘管和二極體均適用(公式中各個變量的含義如下所示):
![公式(1)](https://edit.wpgdadawant.com/uploads/news_file/blog/2022/7067/tinymce/1.png)
以上公式中的F因數取值,跟電路拓撲、輸出電流波形和器件導通角度都有關,具體取值可以參考下表:
![](https://edit.wpgdadawant.com/uploads/news_file/blog/2022/7067/tinymce/2.png)
下面我們結合一個實例,來看一下具體計算的步驟和方法。
應用工況:
某客戶欲選用FP25R12W2T7用於三相400V輸入7.5kW的通用變頻器設計,額定輸出電流Iout=17Arms,過載1.5倍時:
Iout@1.5*OL=17*1.5=25.5Arms,
cosφ=0.9,m=1。
需要評估一下整流二極體的最大損耗以方便其系統準確的熱設計。
1.根據規格書,將模塊中的整流橋二極體的VF-IF曲線近似線性化VF=VT0+rTxIF,求得VT0和rT;
此例中,查詢規格書併線性化整流二極體V-I曲線,可以求得:VF=0.7+7.3*10^(-3)*IF,
即對應公式(1)中的VT0=0.7,rT=7.3*10^(-3)
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![](https://edit.wpgdadawant.com/uploads/news_file/blog/2022/7067/tinymce/4.png)
2.根據表(1)來確定F取值,F=IRMS/IAV。對三相整流橋且帶直流電容的應用場景,可以取F=2~3。
3.根據拓撲及工況計算出整流橋的最大平均輸出電流值Idc.
此例中,根據7.5kW過載時的工況條件,又結合公式:
可得出:Idc≈IM=Iout=25.5A@1.5*OL。
4.求取每個橋臂中流過的平均電流值:
對三相整流,公式中的IAV_arm=Idc/3;此例中,Iav_arm=Idc/3=25.5=8.5A。
5.應用前面的公式(1)來計算損耗:
6.計算結溫,看是否在晶片Tvjop允許的最大結溫以下。
此例中,假定散熱器溫度為Th=90℃,且查詢規格書中RthJH=1.36K/W,則整流二極體的運行結溫為:
Tvj=Th+Pv*Rthjh=90+10.7*1.36≈105 (℃),遠低於150℃的運行結溫,可以安全運行。
至此,一個完整的計算過程就結束了。
通過以上實例可以看出,PIM模塊中整流橋的損耗計算,實際上並不複雜,對嗎?只需簡單幾步,就可自己快速計算,您學會了嘛~~~
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