Kuinka diodit ja MOSFETit/IGBT:t toimivat yhdessä invertterissä?

1, Toiminnallinen täydentävyys topologia-arkkitehtuurissa
(1) Puolisiltainvertterin minimalistinen yhteistyötila
Puolisiltainvertteri käyttää kaksoiskytkinkaksoisdiodirakennetta, ja DC-puoli muodostaa kaksi potentiaalipistettä ± Vdc/2 kondensaattorin jännitteen jaon kautta. Kun ylemmän sillan varren MOSFET (Q1) on kytketty päälle, virtatie on Vdc/2 → Q1 → kuorma → Vdc/2, ja tällä hetkellä alempi siltavarren diodi (D2) on käänteisessä katkaisutilassa. Kun Q1 on kytketty pois päältä, kuorman induktanssin synnyttämä käänteinen sähkömotorinen voima muodostaa vapaakäyntipiirin D2:n kautta: kuorma → D2 → Vdc/2. Tällä prosessilla saavutetaan kaksi ydintoimintoa:

Jännitepuristin: Rajoita MOSFETin kestämä jännite arvoon Vdc/2 ylijännitteen rikkoutumisen välttämiseksi;
Energian takaisinkytkentä: Tarjoaa vapautuskanavan induktiivista energian varastointia varten estääkseen äkillisten virranmuutosten aiheuttamat jännitepiikit.
Kokeelliset tiedot osoittavat, että 1 kW:n puolisiltainvertterijärjestelmässä D2:n vapaakäyntivirran huippu voi olla 1,5 kertaa nimelliskuormitusvirta, ja sen käänteistä palautumisaikaa on säädettävä 100 n:n sisällä kytkentätehokkuuden varmistamiseksi. Nopeasti palautuvien diodien (kuten STTH3R06) käyttö voi lisätä järjestelmän tehokkuutta 2,3 % ja vähentää lämpötilan nousua 15 astetta.

(2) Täyssiltainvertterin redundantti yhteistyöarkkitehtuuri
Täyssiltainvertteri käyttää neljän kytkimen neljän diodin rakennetta, joka saavuttaa lähtöjännitteen napaisuuden vaihdon kahden kytkinparin vuorottelevan johtumisen kautta. Sen ainutlaatuisuus näkyy:

Bipolaarinen ohjaus: T1-T4-johtavuuden yhdistelmällä voidaan saavuttaa täydellinen jännitteen heilahdus ± Vdc kuormituspäässä. Diodit D1-D4 eivät ainoastaan ​​suorita vapaakäyntitoimintoa, vaan muodostavat myös energian takaisinkytkentäkanavan;
Vikasuojaus: Kun T1 ja T4 ovat molemmat väärässä, D2-D3 voi muodostaa oikosulkusuojausreitin DC-väylän oikosulun estämiseksi.
Vertailutestaus osoittaa, että diodien kantama vastajännitehuippu koko siltarakenteessa pienenee 50 % verrattuna puolisiltarakenteeseen, mutta suurempia transienttivirtoja (jopa kaksinkertainen kuormitusvirta) on käsiteltävä. Kolmivaiheisessa täyssiltainvertterissä diodien on myös suoritettava vaiheen välinen energiatasapaino. Kun tietyn vaiheen virta johtaa, vastaavan siltavarren diodit voivat ohjata ylimääräisen energian virtaamaan muihin vaiheisiin, jolloin saavutetaan dynaaminen tehonjako.

2, Energianhallintamekanismi dynaamisessa vasteessa
(1) MOSFET-rungon diodin jatkuva virtasuojaus
MOSFETin sisään integroidulla runkodiodilla on keskeinen rooli inverttereissä. Kun induktiivinen kuorma kytketään MOSFET-nieluon, sähköenergia varastoidaan välittömästi kuorman sisään ja sammutushetkellä syntyvä käänteinen EMF-huippu muodostaa vapaan kulkureitin runkodiodin läpi. Esimerkkinä harjaton DC-moottorikäyttö:

Suurtaajuinen kytkentäskenaario: MOSFET Q1:n{0}}korkeataajuisen kytkennän aikana runkodiodi D2 tarjoaa vapaan kierron induktorin virralle Q1:n sammutusjakson aikana;
Virtapiikin vaimennus: Induktanssi L1 osoittaa korkean piikkivirran impedanssin, mikä johtaa ylimääräisiin virtapiikkeihin, kun Q1 johtaa. Käyttämällä MOSFETeitä, joilla on nopeat rungon diodipalautusominaisuudet (kuten ST:n SuperFREDmesh-sarja), kytkinhäviöitä voidaan vähentää 65 % ja kuoren lämpötilaa voidaan laskea 60 astetta 50 asteeseen.
(2) IGBT-anti-rinnakkaisdiodin energiatakaisinkytkentä
IGBT:n anti- rinnakkainen nopea palautusdiodi (FRD) on päälaitteena korkeajännite- ja suurvirtaskenaarioissa, ja sillä on keskeinen rooli kaksisuuntaisessa energiavirrassa. Sarjaresonanssiinvertterissä:

Kuolleen ajan hallinta: IGBT-kommutoinnin aikana ylemmässä ja alemmassa siltavarressa anti-rinnakkaisdiodit tarjoavat tien loisvirralle, jotta vältetään piirin hajainduktanssin aiheuttamat jännitepiikit;
Resonanssienergian absorptio: Kun VT1 on kytketty pois päältä, johdon hajainduktanssiin Lm varastoitu energia siirretään puskuripiiriin vastarinnakkaisdiodin VD1 kautta Uce-ylityksen estämiseksi.
Kokeet ovat osoittaneet, että tehokkaiden{0}}nopea palautusdiodien (kuten C3D10060E) käyttö voi vähentää IGBT-moduulien kytkentähäviöitä 40 % ja parantaa järjestelmän tehokkuutta 98,2 %:iin.

3, Parametrien vastaavuusvaatimukset ohjausstrategioissa
(1) Half Bridge -invertterin yksinkertainen ohjaussovitus
Puolisiltarakenne käyttää yleensä bipolaarista tai unipolaarista SPWM-ohjausta, ja diodien vaatimukset keskittyvät staattisiin ominaisuuksiin:

Käänteinen palautusaika: trr Vähemmän tai yhtä suuri kuin 50 ns (sopii korkean taajuuden vaihtoon{1}});
Liitoskapasitanssi: Cj Pienempi tai yhtä suuri kuin 100 pF (vähentää kytkimen kohinaa).
Tietyn auton invertteriprojektin valintatietojen mukaan ultranopeiden palautusdiodien (kuten MUR860) käyttö voi vähentää sähkömagneettista häiriötä (EMI) 8 dB:llä ja lyhentää kuolleen alueen aikaa 500 n:stä 200 n:iin.

(2) Täyssiltainvertterin monimutkainen modulaatiosovitus
Täysi siltarakenne tukee kehittyneitä modulaatiotekniikoita, kuten taajuuden kaksinkertaistavaa SPWM:ää, joka asettaa korkeammat dynaamiset vaatimukset diodeille

Lämpötilan vakaus: Välillä -40 astetta ~ 150 astetta eteenpäin suuntautuvan painehäviön muutosnopeuden tulee olla pienempi tai yhtä suuri kuin 5 mV/aste;
Lumivyörynestokyky: Sen on kestettävä lumivyöryenergiaa, joka on vähintään 1,5 kertaa nimellisvirta.
Tietty teollisuusmoottorikäyttötapaus osoittaa, että piikarbididiodien (kuten C3D10060E) käyttö voi vähentää järjestelmän tilavuutta 40 % ja lisätä tehotiheyttä 3,2 kW/l:iin. Sen tärkeimmät edut ovat:

Varauksen käänteinen palautus QRr pienenee 70 %;
Johtavuuden painehäviön stabiilisuus kasvaa kolme kertaa korkeissa lämpötiloissa.