
Исходные данные инвертора:
Iвых,
А – выходной ток инвертора , для которого
делается рассчет.
Fшим,
Гц – частота ШИМ инвертора (чатота переключения транзисторов)
Потребуются следующие параметры
IGBT
из
паспортных данных:
Esw(on),
mJ/pulse
– энергия включения транзистора
Esw(off),
mJ/pulse
– энергия выключения транзистора
Vce(sat),
В – падение напряжения на включенном транзисторе
Vec, В – падение
напряжения на встречно-параллельном диоде транзистора
Erec,
mJ/pulse – энергия
обратного восстановления встречно-параллельного диода транзистора
Параметры
IGBT
берутся по графикам для максимальной рабочей температуры температуры кристалла
(для
International
Rectifier
Tc=150˚C)
и при пиковом токе
Iпик
для заданного Iвых:
Iпик
= Iвых*√2
В качестве приведу пример расчета для инвертора, который недавно приходилось разрабатывать.
Параметры инвертора:
Входное напряжение
Uвх=220В,
частота 50Гц
Выходное напряжение
Uвых=3х220В,
частота 200Гц
Номинальный выходной ток
Iвых = 5А (Iпик=Iвых*√2=5*1,41=
7.1А)
Частота
Fшим = 3400 Гц (в
рассматриваемом инверторе используется алгоритм широтно-импульсного
регулирования, где для любой выходной частоты каждый транзистор выполняет 17
циклов переключения за период, т.е.
для частоты 200Гц
Fшим=17*200=3400Гц
). Типичное же значение
Fшим
у стандартных частотников от 5 до 20 кГц
Модуль выбрал модуль
IRAMS10UP60B
производства
International
Rectifier (Uмакс=450В
Iвых(макс)=10А
при температуре корпуса 25˚C
и 5А при 100˚C)
Его параметры при 5А и 150˚C
температуры кристалла (в паспортных данных нет параметров для тока 7.1А,
приходится использовать для 5А):
Esw(on)
= 0.36
mJ/pulse
(Энергия включения
IGBT)
Esw(off)
= 0.165
mJ/pulse
(Энергия выключения
IGBT)
Vce(sat)
=2.4В
(Падение напряжения на включенном
IGBT))
Vec =1.7В
(Прямое падение напряжения на диоде)
Erec = 0.04mJ/pulse
(Энергия обратного восстановления диода)
Rigbt(j-c) = 4.7 ˚C/W
(Тепловое сопротивление кристалл
IGBT - корпус)
Rvd(j-c)= 6.5 ˚C/W
(Тепловое сопротивление кристалл диода - корпус)
Rmod(c-s)= 0.1 ˚C/W
(Тепловое сопротивление корпус модуля - радиатор)
P(igbt)ст =
Iпик*
Vce(sat)*0,23
=
=
7.1*2.4*0.23 = 3.92 Вт
P(igbt)дин
= (
Esw(on)+ Esw(off))* Fшим*(1/pi)
=
= (0.36+0.165)*10-3*3400*1/3.141 = 0.57ВВт
P(igbt)сумм
= Pст+
Pдин
=
= 3.92+0.57 = 4.49 Вт
P(vd)ст
= Iпик*
Vec*0.1
=
=7.1*1.7*0.1 = 1.2 Вт
Р(vd)дин = Erec*
Fшим*(1/pi)
=
= 0.04*10-3*3400/3,141 = 0.043 Вт
Р(vd)сумм = Р(vd)ст+ Р(vd)дин =
= 1.2+0.043=1.24 Вт
P(igb_vd) = P(igbt) сумм+ Р(vd)сумм =
= 4.49+1.24 = 5.73 Вт
Pинв(сумм)
= 6* P(igb_vd)
=
= 6*5.73 = 34.4 Вт
(Вычисленная мощность потерь близка к графику P=f(Fшим,Iвых), который дает для модуля International Rectifier (для тока 5А и частоты 4 кГц по их графику потери мощности около 27Вт)
Отвод этого тепла (плюс еще падение мощности на выпрямительном диодном мосте) должен обеспечить радиатор.
Tm(igbt)
= Tmax -
Rigbt(j-c)*
P(igbt)сумм
=
=
150-4.7*4.49 = 129
˚C
Tm(vd)
= Tmax -
Rvd(j-c)*
P(vd)сумм
=
=
150-6.5*1.24 = 141
˚C
Tsink =
Tm(igbt)
- Rmod(c-s)* Pинв(сумм)
=
= 129-0.1*34.4 = 125˚C
Желательно еще взять запас по температуре, скажем, 20˚C
и
на этот порог температуры радиатора (105˚C) настраивать
температурную защиту.