На главную

Расчет рассеиваемой мощности трехфазного инвертора по методике MITSUBISHI

(авторский расчет по материалам семинара, на котором довелось присутствовать).

/Формулы справедливы для синусоидального выходного напряжения/

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)

 

  1.  Потери проводимости IGBT::

P(igbt)ст = Iпик* Vce(sat)*0,23 =

= 7.1*2.4*0.23 = 3.92 Вт

  1. Потери переключения IGBT:

P(igbt)дин = ( Esw(on)+ Esw(off))* Fшим*(1/pi) =

= (0.36+0.165)*10-3*3400*1/3.141 = 0.57ВВт

  1. Суммарные потери IGBT::

P(igbt)сумм = Pст+ Pдин =

= 3.92+0.57 = 4.49 Вт

  1. Потери проводимости диода:

P(vd)ст = Iпик* Vec*0.1 =

=7.1*1.7*0.1 = 1.2 Вт

  1. Потери переключения диода:

Р(vd)дин = Erec* Fшим*(1/pi) =

= 0.04*10-3*3400/3,141 = 0.043 Вт

  1. Суммарные потери диода:

Р(vd)сумм = Р(vd)ст+ Р(vd)дин =

= 1.2+0.043=1.24 Вт

  1. Суммарные потери одного IGBT (вместе с диодом):

P(igb_vd) = P(igbt) сумм+ Р(vd)сумм =

= 4.49+1.24 = 5.73 Вт

  1. Суммарные потери мощности инвертора:

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.

  1. Для IGBT максимальная допустимая температура корпуса модуля:

Tm(igbt) = Tmax - Rigbt(j-c)* P(igbt)сумм =

= 150-4.7*4.49 = 129 ˚C

  1. Для диода максимальная допустимая температура корпуса модуля:

Tm(vd) = Tmax - Rvd(j-c)* P(vd)сумм =

= 150-6.5*1.24 = 141 ˚C

  1. Выбираем критичную температуру – это температура кристалла IGBT, тогда максимальная допустимая температура радиатора:

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.