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| | | | | 接着贴一波,先贴图吧,我就以我已经弄好的为例了,这是我建立的7.5KW三相维也纳整流器中的损耗所占比例 。
下图是损耗仿真的数据
PQ是MOS部分损耗,PD是二极管部分损耗,PLT是PFC电感部分损耗,PC是滤波电容部分的损耗。
这是拓扑结构。三相维也纳拓扑也叫做三相三开关拓扑。。
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| | | | | | | 电路有错,数据来路要说明,仿真?实测?计算?估计?
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| | | | | | | | | 多谢指导,一直没注意到。。。电路图已经修正了,拓扑图中Q2、Q4、Q6应该是镜像的,
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| | | | | | | 功率半导体部分,------功率开关管
功率开关管主要有MOSFET、IGBT和BJT,就说我接触到的吧,在逆变器(单相/三相)、双向储能里面,使用较多的是IGBT,工作频率使用较多的是20Khz;7.5KW/15KW充电机、工业高压特种电源、小功率正激式/辅助电源/系统芯片供电(buck)等使用较多的是MOSFET,工作频率不等,50Khz(三相维也纳)、100khz(移相半桥/全桥)、60Khz-300Khz(LLC,谐振点100Khz左右),辅助反激式(120K等等),系统芯片功率Buck(500k、2M等等);BJT说实话我没用过,唯一了解的是在模拟线性电源里面应用的好像比较多。
总结来说,IGBT适用于低频大电流的应用,MOSFET适用于高频小电流的应用,原因主要是因为IGBT的拖尾电流较严重,不适合频率较高的应用,MOSFET相比而言由于导通电阻较大,因此并不适合于大电流的应用。这里的高频和低频以20Khz为界,当然这个说法也比较久远了。。
言归正传,下面说功率开关管部分的损耗,主要包括有导通损耗和开关损耗,导通损耗就不说了,主要由导通电阻和漏极电流引起的,计算也比较简单,下面着重叙述开关损耗。就那我熟悉的MOS为例:
首先,感谢胡庄主的贴,受益匪浅。这才是真正的大神之作!
https://bbs.21dianyuan.com/thread-206857-1-1.html
从我总结的角度来说,MOS开关损耗主要和寄生电容和寄生电感有关,详细如下图
此间的重点在于,Cgd/Cgs/Cds三个寄生电容的非线性,这也给建模带来很大的挑战,更加发表的论文来看,处理方式主要有俩种,一是以固定值(典型值)代替,二是模拟曲线公式,但是从以发表的论文来看,大多论文的曲线模拟公式是基于低压BUCK电路中MOS建立的,并不适用于高压MOS。
建模的方式都是以驱动电压Vgs为界划分,分为四个部分,0-Vth,Vth-Vmiller,Vmiller,Vmiller-Vgs;其中Vth是MOS开启电压,Vmiller是平台电压。具体的建模方式我就不献丑了,在胡庄主的贴都有描述,而且很详细很清楚!下图是引用的其中一篇论文,MOS开通关断暂态图。
最后贴一部分实际仿真的波形吧。Pdc是导通损耗,Pon是开通损耗,Poff是关断损耗。。。仅供参考
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| | | | | | | | | 功率半导体部分,-----二极管
二极管的种类有很多,高压整流、续流二极管可选择的大多为普通的超快恢复二极管和SIC材质的二极管。下列四个都是1200V/30A 的二极管。
二级管功率损耗的计算也主要与以上因素有关,简单来说,二极管的功率损耗等于导通损耗+开关损耗,由于二极管导通损耗相比而言较低,因此通常情况下开关损耗只考虑关断损耗,对应二极管的关断拖尾电流。简单的计算公式如下:
Pd=Vf*If+Vd*Qrr*f(Qrr=1/2*Trr*Irrm)
其中关断损耗的推导主要可以通过下图说明。
下面说一些题外话;
首先,为什么SIC材质采用并联形式而普通的却不采用这种结构
原因很简单,通过Vf的参数可以看出,当温度升高时,SIC的Vf值在升高,而普通二极管的Vf值在降低。因此在实际工作过程中,随着二极管工作,温度上升,普通二极管的Vf值在降低,如果采用俩个二极管并联的结构,会出现一个类似于正反馈的结构作用在其中一个二极管中,两个二极管并联工作,就会出现电流全部通过一个二极管流过的结果。
其次,SIC材质的优点
从器件参数来看,SIC的导通损耗相比于普通二极管并不能降低多少,反向恢复电流及其时间相比于普通二极管要降低不少,单从Qrr参数来看,SIC相比于普通二极管要降低5~6倍甚至更多,因此在高频工作频率条件下的损耗较低效果可想而知。
再次,普通二极管的在反向恢复时间内,同具体工作条件的一些关系
温度越高,对应的Qrr、Trr、Irrm会越高;当二极管关断的速度越快,也就是diF/dt越高,一般情况下和前级的MOSFET开通速度有关,例如在采用ZVS结构的拓扑中,MOS开通速度相比而言较低,Qrr、Irrm呈现上升的趋势,但是Trr却呈现下降的趋势,
再再次,不同厂商给的测试条件都不同,因此具体参数会出现巨大的差异,例如上述注1和注2。可能我见识少了点。。
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