IGBT PIM模塊整流橋的計(jì)算方法

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的電流等級來合理配置的，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。但有些客戶的機(jī)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(tǒng)的熱設(shè)計(jì)，這時(shí)就需要計(jì)算整流橋的損耗。而目前我們在線仿真工具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，且處于工頻開關(guān)，所以其開關(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）：

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：

表（1）

下面我們結(jié)合一個(gè)實(shí)例，

來看一下具體計(jì)算的步驟和方法。

應(yīng)用工況：

某客戶欲選用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，過載1.5倍時(shí)：

Iout@1.5*OL=17*1.5=25.5Arms，

cosφ=0.9，m=1。

需要評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，將模塊中的整流橋二極管的VF-IF曲線近似線性化VF=VT0+rTxIF，求得VT0和rT;

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

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

2.根據(jù)表（1）來確定F取值，F(xiàn)=IRMS/IAV。對三相整流橋且?guī)е绷?a href="http://wenjunhu.com/tags/電容/" target="_blank">電容的應(yīng)用場景，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過載時(shí)的工況條件，又結(jié)合公式：

可得出：Idc≈IM=Iout=25.5A@1.5*OL。

4.求取每個(gè)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(yīng)用前面的公式（1）來計(jì)算損耗：

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Th=90℃，且查詢規(guī)格書中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。

至此，一個(gè)完整的計(jì)算過程就結(jié)束了。