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PIM模塊中整流橋的損耗計(jì)算

發(fā)布時(shí)間:2022-06-17 來(lái)源:英飛凌 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】在通用變頻器或伺服驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)中,經(jīng)常會(huì)用到英飛凌的PIM模塊(即集成了二極管整流橋+剎車(chē)單元+IGBT逆變單元的模塊)。一般情況下PIM模塊中的整流二極管都是根據(jù)后面逆變IGBT的電流等級(jí)來(lái)合理配置的,且由于其多數(shù)都是連接電網(wǎng)工作于工頻50或60Hz工況,芯片結(jié)溫波動(dòng)很小,因此其通常不會(huì)是IGBT PIM模塊是否適用的瓶頸,所以一般在器件選型時(shí)也不會(huì)特意去計(jì)算或仿真PIM模塊中整流橋部分的損耗。但有些客戶(hù)的機(jī)型要滿(mǎn)足一些特殊工況,或需要考慮模塊的整體損耗來(lái)做系統(tǒng)的熱設(shè)計(jì),這時(shí)就需要計(jì)算整流橋的損耗。而目前我們?cè)诰€(xiàn)仿真工具IPOSIM并不支持,所以在此介紹一種變通的計(jì)算方法,以備您不時(shí)之需。


整流橋的損耗計(jì)算,在PIM模塊里的二極管電流能力都不大,且處于工頻開(kāi)關(guān),所以其開(kāi)關(guān)損耗一般可以忽略,而只計(jì)算其導(dǎo)通損耗,相應(yīng)的理論公式如下,其對(duì)晶閘管和二極管均適用(公式中各個(gè)變量的含義如下所示):


1654684721836455.png

公式(1)


以上公式中的F因數(shù)取值,跟電路拓?fù)?、輸出電流波形和器件?dǎo)通角度都有關(guān),具體取值可以參考下表:


1654684706508873.png

表(1)


下面我們結(jié)合一個(gè)實(shí)例,來(lái)看一下具體計(jì)算的步驟和方法。


應(yīng)用工況:


某客戶(hù)欲選用FP25R12W2T7用于三相400V輸入7.5kW的通用變頻器設(shè)計(jì),額定輸出電流Iout=17Arms,過(guò)載1.5倍時(shí):


Iout@1.5*OL=17*1.5=25.5Arms,

cosφ=0.9,m=1。


需要評(píng)估一下整流二極管的最大損耗以方便其系統(tǒng)準(zhǔn)確的熱設(shè)計(jì)。


1.根據(jù)規(guī)格書(shū),將模塊中的整流橋二極管的VF-IF曲線(xiàn)近似線(xiàn)性化VF=VT0+rTxIF,求得VT0和rT;


此例中,查詢(xún)規(guī)格書(shū)并線(xiàn)性化整流二極管V-I曲線(xiàn),可以求得:VF=0.7+7.3*10^(-3)*IF

即對(duì)應(yīng)公式(1)中的VT0=0.7,rT=7.3*10^(-3)


1654684685335147.png

6.png


2.根據(jù)表(1)來(lái)確定F取值,F(xiàn)=IRMS/IAV。對(duì)三相整流橋且?guī)е绷麟娙莸膽?yīng)用場(chǎng)景,可以取F=2~3。


3.根據(jù)拓?fù)浼肮r計(jì)算出整流橋的最大平均輸出電流值Idc.


此例中,根據(jù)7.5kW過(guò)載時(shí)的工況條件,又結(jié)合公式:


7.png


可得出:Idc≈IM=Iout=25.5A@1.5*OL。


4.求取每個(gè)橋臂中流過(guò)的平均電流值:


對(duì)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(yīng)用前面的公式(1)來(lái)計(jì)算損耗:


1654684652958632.png


6.計(jì)算結(jié)溫,看是否在芯片Tvjop允許的最大結(jié)溫以下。


此例中,假定散熱器溫度為T(mén)h=90℃,且查詢(xún)規(guī)格書(shū)中RthJH=1.36K/W,則整流二極管的運(yùn)行結(jié)溫為:


Tvj=Th+Pv*Rthjh=90+10.7*1.36≈105 (℃),


遠(yuǎn)低于150℃的運(yùn)行結(jié)溫,可以安全運(yùn)行。


1654684632587367.png


至此,一個(gè)完整的計(jì)算過(guò)程就結(jié)束了。


通過(guò)以上實(shí)例可以看出,PIM模塊中整流橋的損耗計(jì)算,實(shí)際上并不復(fù)雜,對(duì)嗎?只需簡(jiǎn)單幾步,就可自己快速計(jì)算,您學(xué)會(huì)了嘛~~~



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