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优化高电压IGBT设计方案

2010-12-21 17:41
Radow
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  随着绿色电力运动势头不减,包括家电、照明和电动工具等应用,以至其他工业用设备都在尽可能地利用太阳能的优点。为了有效地满足这些产品的需求,电源设计师正通过最少数量的器件、高度可靠性和耐用性,以高效率把太阳能源转换成所需的交流或者直流电压。

  要为这些应用以高效率生产所需的交流输出电压和电流,太阳能逆变器就需要控制、驱动器和输出功率器件的正确组合。要达到这个目标,在这里展示了一个针对500W功率输出进行优化,并且拥有120V及60Hz频率的单相正弦波的直流到交流逆变器设计。在这个设计中,有一个DC/DC电压转换器连接到光伏电池板,为这个功率转换器提供200V直流输入。不过在这里没有提供太阳能电池板的详细资料,因为那方面不是我们讨论的重点。

  现在,市场上有不同的高级功率开关,例如金属氧化物半导体FET(MOSFET),双极型三极管(BJT),以及绝绿栅双极晶体管(IGBT)来转换功率。然而,这个应用要达到最高的转换效率和性能要求,就要选择正确的功率晶体管。

  多年来的调查和分析显示,IGBT比其他功率晶体管有更多优点,当中包括更高电流能力,利用电压而非电流来进行栅极控制,以及能够与一个超快速恢复二极管协同封装来加快关断速度。此外,工艺技术及器件结构的精细改进也使IGBT的开关性能得到相当的改善。其他优点还包括更好的通态性能,以及拥有高度耐用性和宽安全工作区。在考虑这些质量之后,这种功率逆变器设计就会选用高电压IGBT,作为功率开关的必然之选。

  因为这个设计所实施的逆变器拓扑属于全桥,所以有关的太阳能逆变器采用了4个高电压IGBT,如图1所示。在这个电路中,Q1和Q2晶体管被指定为高侧IGBT,而Q3和Q4则为低侧功率器件。为了要保持总功率耗损处于低水平,但功率转换则拥有高效率,设计师要在这个DC/AC逆变器解决方案正确应用低侧和高侧IGBT组合。

  

  图1采用4个IGBT的逆变器设计

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