功率模块选型设计
对于一个具体的应用来说,选择功率模块时需要考虑其在任何静态、动态、过载(如短路)的运行情况下:
①器件耐压;
②在实际的冷却条件下,电流的承受力;
③最适合的开关频率;
④安全工作区(SOC)限制;
⑤散热条件与最高运行温度限制;
⑥封装和安装方式
⑦成本和技术风险
(1)器件耐压设计=(+)K2
=(1.15*600+200)*1.1
=979(V) (1)
式中:
——过电压系数
——安全系数
——额定直流电压
——关断即将结束时的尖峰电压
考虑到回馈制动,电压波动,开关过程引起的电压尖峰等因素,通常选择功率管器件耐压都是母线电压的一倍,故IGBT的电压额定值选用1200V。
(2)器件的电流选择
在电力电子设备中,选择功率管模块时,通常先计算通过功率管的最大电流值,然后根据该设备的特点,考虑到过载、电压波动、开关尖峰、温度等因素考虑一倍的安全余量来选择相应的功率管。
流过IGBT的最大电流为:
=
=300××1.2×1×1.5
=763.56(A) (2)
式中:
——电流尖峰系数
——温度降额系数
——过载系数
——牵引电动机峰值电流
IGBT的电流额定值选用=800A
(3)合适的开关频率
功率管的损耗主要由通态损耗和开关损耗组成,不同的开关频率,通态损耗和开关损耗所占的比例不同。
而决定功率管通态损耗的饱和压降和决定开关损耗的开关时间(,)又是一对矛盾,因此应根据不同的开关频率来选择不同特征的功率管。
在低频如<10kHz时,通态损耗是主要的,这需要选择低饱和压降型功率管;当≥15kHz时,开关损耗是主要的,通态损耗占的比例比较小。
根据前三点计算数据,再根据结构布局设计需要,在目前主流功率器件供应商产品系列中选择英飞凌公司的FF400R12KE3模块,其反偏(关断)工作安全区如图2所示。