IGBT模块：技术、驱动和应用课件：逆变器设计

逆变器设计IGBT模块：技术、驱动和应用IGBTModules–Technologies,DriverandApplication1目录逆变器的组成电压等级寄生元件直流母线吸收电容驱动单元安装电机电缆长度的影响滤波器熔断器调制算法的影响基本公式1234567891011IGBTModules–Technologies,DriverandApplication2逆变器的组成电压等级3IGBTModules–Technologies,DriverandApplication电源电压Unom,RMS/Unom,DC直流母线电压首选IGBT电压等级（两电平）230VRMS360V600V400VRMS620V1.2kV750VDC900V1.7kV690VRMS1.07kV1.7kV1.0kVRMS1.56kV2.5kV1.5kVDC1.80kV3.3kV2.3kVRMS3.58kV6.5kV3.0kVDC3.60kV6.5kV两电平逆变器相关IGBT模块电压等级S1=10~20S2=50~604寄生元件寄生器件IGBTModules–Technologies,DriverandApplication5寄生元件设计的目标是尽可能地减少寄生效应IGBTModules–Technologies,DriverandApplication寄生电感（杂散电感）寄生电容（耦合电容）直流母线变压器IGBT驱动与栅极连线光耦PCB中大的布线路环输出电缆IGBT模块（内部结构）IGBT模块（带电部分与基板之间）逆变器内部的寄生元件6平衡电阻若某一部分电容串联支路损坏，不会使整个电路立即失效直流母线IGBTModules–Technologies,DriverandApplication选择平衡电阻RBUC：每个电容的最大设计电压[V]UDMAX：直流母线最大电压[V]C：每个电容的值[F]7直流母线结构尽可能降低杂散电感连接端子之间的均流直流母线IGBTModules–Technologies,DriverandApplication8如果无法通过结构降低杂散电感:吸收电容吸收电容IGBTModules–Technologies,DriverandApplicationMKP型（金属聚丙烯电容）薄膜电容LO2，DC是直流母线除直流母线电容外的所有寄生电感LO3，Module包括IGBT模块内的所有寄生电感9吸收电容对IGBT关断过电压的影响吸收电容IGBTModules–Technologies,DriverandApplication吸收电容选择：容值和低自感（ESL）10驱动单元要尽量靠近IGBT模块驱动单元安装IGBTModules–Technologies,DriverandApplication11布局原则驱动单元安装IGBTModules–Technologies,DriverandApplication+定义所有模块设计+低寄生效应+保护功能效果良好+机械灵活性较好+开关特性几乎不受电缆长度的影响+保护功能效果良好+适合并联-增加零件数目11布局原则驱动单元安装IGBTModules–Technologies,DriverandApplication机械灵活性较好对开关特性的影响有限保护功能效果降低集电极电缆对于其它部件需要有足够的绝缘性机械灵活性较好对开关特性的影响明显保护功能效果有限集电极电缆对于其它部件需要有足够的绝缘性12驱动级的位置对IGBT开关特性的影响驱动单元安装IGBTModules–Technologies,DriverandApplication1：驱动适配板和驱动核分离，距离低于15cm2：驱动适配板和驱动核分离，距离大于100cm3：驱动级通过100cm长的电缆和IGBT模块的辅助端子相连13IGBT开关时的电压变化率近似计算开关时的电压变化率电机电缆长度的影响IGBTModules–Technologies,DriverandApplication线电压直流母线电压du/dt230V/1~325V2.2400V/3~565V3.8690V/3~975V6.5IGBT开关时的电压变化率14电机电缆长度的影响IGBTModules–Technologies,DriverandApplicationIGBT逆变器通过长电缆连接到电机逆变器输出脉冲电压变化率为du/dt，通过连接电缆加到负载电机。逆变器输出端串联电抗器电机侧串联电抗器电机侧并联吸收电容增加低通滤波器（du/dt滤波器）降低电机侧过电压措施：15滤波电路可以抑制干扰电压和电流信号：对称（差模）信号不对称的（共模）信号滤波器IGBTModules–Technologies,DriverandApplication电缆传导干扰原理16滤波器电源滤波器IGBTModules–Technologies,DriverandApplication输入滤波器（或电源滤波器）：低通滤波器目的：通过电流和电压的基频分量，滤除高频分量

滤波器选择：2%-4%（扼流圈的压降与线电压的比值）17滤波器直流母线滤波器IGBTModules–Technologies,DriverandApplicationX电容滤除差摸信号Y电容滤除共模信号压敏电阻电压过冲保护共模电感LDC用于抑制共模信号也可以在直流母线安装差摸电感18滤波器输出滤波器IGBTModules–Technologies,DriverandApplication作用：du/dt滤波器正弦波滤波器输出扼流圈19滤波器输出滤波器IGBTModules–Technologies,DriverandApplication扼流圈必须防止饱和电感值尽保持恒定19滤波器输出滤波器IGBTModules–Technologies,DriverandApplication20熔断器是用于阻断半导体电流最后的保护措施熔断器IGBTModules–Technologies,DriverandApplicationNH半导体熔断器21超快速熔断器(UR)电源二极管和晶闸管高压大功率熔断器(HH)中高压电网的熔断器低压大高功率熔断器(NH)低压电网电器熔断器(GS)电器设备熔断器IGBTModules–Technologies,DriverandApplication半导体熔断器可用于交流和直流电路（I2t交流标定）熔断器按照类型分类熔断器按照功能分类a类（部分分断能力熔断器）aM：部分分断能力接触器保护aR：部分分断能力半导体保护g类（全分断能力熔断器）gL：分断能力线路保护gR：全分断能力半导体保护gB：全分断能力矿用设备保护gTr：全分断能力变压器保护流过的负载电流要低于熔断器的额定电流熔断器断开后两端工作电压不能高于熔断器额定电压电弧电压或者开关电压不能高于电力半导体的额定电压熔断器的熔断I2t必须低于整流器二极管或晶闸管的I2t值当使用滤波电路时，确保短路电流足够高能够使熔断器熔断熔断器的选择标准21熔断器IGBTModules–Technologies,DriverandApplication22调制算法的影响IGBTModules–Technologies,DriverandApplicationCPWM：每个载波周期内器件的开关都是连续的SPWM:正弦波PWMSVPWM：空间矢量PWMTHIPWM：三次谐波注入PWMDPWM：在载波周期内有些开关在特定时间里不动作DPWMMINDPWMMAXDPWM3GDPWM逆变器的调制算法:输出电流质量电力电子器件的开关损耗23调制算法的影响IGBTModules–Technologies,DriverandApplicationSVPWM(空间矢量PWM)24调制算法的影响IGBTModules–Technologies,DriverandApplication谐波失真度（HDF）：评价选用的PWM技术25调制算法的影响IGBTModules–Technologies,DriverandApplication开关频率校正系数：26调制算法的影响IGBTModules–Technologies,DriverandApplicationPDPWM利用DPWM技术产生的损耗PCPWM利用CPWM技术产生的损耗开关损耗系数（SFL）：SLF与电流相位角φ的关系曲线27基本公式IGBTModules–Technologies,DriverandApplication三相逆变器整流输入最大整流电压二极管的平均电流电流有效值28基本公式IGBTModules–Technologi