CC BY
156
УДК 621.314.63
В. С. Остренко
Канд. техн. наук, доцент Запорожской государственной инженерной академии
ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАКСИМАЛЬНО ДОПУСТИМОГО ЗНАЧЕНИЯ ЧАСТОТЫ КОММУТАЦИИ МОДУЛЯ ЮБТ
Предлагается алгоритм расчета максимальной частоты коммутации модулей ЮБТ в двухуровневом инверторе напряжения в режиме постоянной или циклической нагрузки. При этом температура полупроводниковой структуры ЮБТ не превышает максимально допустимого значения. Рассмотрены факторы, влияющие на максимально допустимое значение частоты коммутации ЮБТ.
Ключевые слова: модуль ЮБТ, мощность потерь, частота коммутации, температура полупроводниковой структуры.
Биполярные транзисторы с изолированным затвором (ЮБТ) нашли широкое применение в качестве силовых ключей в инверторах напряжения в составе преобразователей частоты. В инверторе энергия постоянного тока, накопленная в звене постоянного тока, преобразуется в энергию переменного тока с помощью широтно-импуль-сной модуляции (ШИМ). Суть ШИМ состоит в многократном изменении длительности включенного и выключенного состояния силового ключа в течение полупериода таким образом, чтобы ток через активно-индуктивную нагрузку был близок к синусоидальной форме. Как правило, такой нагрузкой является асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором. Более высокая частота коммутации силовых ключей способствует улуч -шению гармонического спектра тока в нагрузке и, следовательно, обеспечивает минимальные дополнительные потери в двигателе. Кроме этого, для устранения механического резонанса и приближения формы тока к синусоиде, изготовители электроприводов, обычно, рекомендуют повышать частоту коммутации. Однако, с повышением частоты коммутации возрастают динамические потери мощности в силовых ключах, что может привести к недопустимому повышению температуры. В справочных материалах на модули ЮБТ не приводится значение максимально допустимой частоты коммутации, так как оно зависит не только от параметров модуля, а и от режима его нагрузки и охлаждения. Для некоторых своих модулей серии 8КпР фирма 8БМ1КЯОМ приводит максимальные значения частоты коммутации в зависимости от мощности двигателя [1]. При этом указано, что перегрузка может составлять 150 % в течение 60 с, но не указано - это однократная перегрузка или допускается циклический режим работы. Не указано, какой режим охлаждения при этом. В связи с этим разработчики инверторов сталкиваются с проблемой определения максимально допустимого значения частоты ком -мутации ЮБТ при конкретных режимах нагрузки и охлаждения. В русскоязычных и англоязычных источниках информации, кроме частичного описания в работе [1], не приводится методика определения максимально допустимого значения частоты коммутации ЮБТ. Решению этой проблемы посвящена эта статья. © В. С. Остренко, 2012
Мощность потерь в ЮБТ можно подразделить на две составляющие: статические потери, обусловленные величиной протекающего тока, и динамические потери, обусловленные процессом коммутации тока. Суммарная мощность потерь в ЮБТ ограничена максимально допустимым значением температуры полупроводниковой структуры и значением теплового сопротивления потоку тепла в охлаждающую среду. Максимально допустимое значение частоты коммутации модуля ЮБТ можно определить, выполнив расчеты в соответствии со следующим алгоритмом.
1. Определяется действующее значение тока на выходе инвертора I ои [2]
J _ KovlPout •10
1 out _S и
3
(1)
out -П-cosф
где Kovl - коэффициент перегрузки по току; Pout - номинальная мощность двигателя подключенного к выходу инвертора, кВт; Uout - максимальное напряжение на выходе инвертора; П - коэффициент полезного действия двигателя; ^ф - коэффициент мощности двигателя.
2. Определяется амплитуда тока через IGBT
If _V2 • I out. (2)
3. Определяются потери мощности в IGBT в состоянии проводимости [3]
т2
I Г
PcondT _ 0,5 • (UCEO • — + rCE • ~Г) + 2 • С^фХ п 4
I I2
XUCEO • -f + ГСЕ •12), 8 3п
(3)
где исБ0 - пороговое напряжение вольт-амперной характеристики ЮБТ в открытом состоянии; гСБ - динамическое сопротивление ЮБТ в открытом состоянии; т - коэффициент модуляции.
4. Определяются потери мощности в диоде обратного тока в состоянии проводимости [3]
Im
I2
PcondD _ 0,5 • (UFO • — + rF —f-) - 2 • cosфХ п 4
I I2
x (UFfo • + rF • ). FO 8 F 3п
5. Мощность потерь в силовом ключе в проводящем состоянии определяется по формуле:
-^cond BcondT + BcondD •
(5)
6. Определяется напряжение звена постоянного тока [4]
U DC =
2л/2
m -V3
U
out •
(6)
7. Предположив, что мощность потерь в диоде обратного тока при восстановлении запирающей способности относится к мощности потерь при коммутации ЮБТ как соответствующие потери энергии, приведенные в справочном материале на модуль ЮБТ, определяется мощность потерь при коммутации ЮБТ:
а) для модуля ЮБТ без металлического основания:
Tj(op) Tamb ВcondT -RthjsT "
, - Rth
Km - k,
swM - Bcond - Rthsa
RthjsT + KM - KswM - [1 + iEnm/Eswm
)] - Rth
,(7)
где Г - максимальное значение рабочей температуры полупроводниковой структуры ЮБТ, при которой измеряется большинство параметров модуля; Г ь - значение температуры охлаждающей среды; К ^ - тепловое сопротивление структура транзистора - контактная поверхность охладителя; КМ - количество охлаждаемых модулей на охладителе; К м - количество силовых ключей в модуле; К^ - тепловое сопротивление охладителя; Е - энергия потерь при коммутации ЮБТ в режиме протекания тока I, [3];
Е^т = (а + Ь • 1т + с • 12т) • (и0е /ипот); (8)
где а, Ь, с - коэффициенты полинома аппроксимирующего зависимость энергии потерь при коммутации ЮБТ от тока коллектора [3]; и - значение напряжения, при котором измеряется большинство параметров модуля; Е - энергия потерь в диоде при восстановлении запирающих свойств в режиме протекания тока 1т;
Еггт = V + е • 1т + / • т • (и во/ Цпот ) ; (9)
где й, е, / - коэффициенты полинома аппроксимирующего зависимость энергии потерь в диоде обратного тока при восстановлении запирающей способности от тока коллектора ЮБТ [3];
б) для модуля ЮБТ с металлическим основанием:
Tj(op) - Tamb - BcondT ' RthjcT - KswM ' Bcond ' (Rthcs + KM ' Rthsa)
RthjcT + KswM ' [1 + (Errm /Eswm)] ' (Rthcs + KM ' Rthsa)
(10)
где К^ - тепловое сопротивление контакта основание модуля - охладитель.
8. Определяется максимально допустимое значение рабочей частоты коммутации ЮБТ
fsw = -w/[(a + -- Im + 7 - m - U DC / Unom ] • (11)
2 n 4
9. Выполняется проверка правильности расчетов.
9.1. Определяется мощность потерь при коммутации ЮБТ [3]
Рцщр = /sw • (а + ~ • 1т + — •12)иБС /ипот . (12) у 2 п 4
9.2. Определяется мощность потерь при восстановлении запирающих свойств диода обратного тока
РггР = ^ • (й + ~ •1 т + / • 1'т )иБС / ипот . (13) 1 2 п 4
9.3. Определяется температура полупроводниковой структуры ЮБТ:
а) для модуля ЮБТ без металлического основания
^Та = (+ • КгЬ)8Т + КМ • рм ' КШ§а + ТатЬ,(14)
где
BM = ^swM - (BcondT + Bswp + BcondD + —rrp) ; (15) б) для модуля IGBT с металлическим основанием
TjT6 = (condT + Bswp) - RthjGh + BM - Rthcs +
(16)
+ KM - BM - Rthsa + Tamb •
9.4. Определяется температура полупроводниковой структуры диода обратного тока
Т]Ва = (BcondD + Вгтр ) • + КМ • РМ • КШ8а + ТатЬ ,(17)
TjD6 - (BcondD + Brrp) - Rthjoh + BM - Rthcs +
+ KM - BM - Rthsa + Tamb •
(18)
9.5. Результаты вычислений по п.9.3 и 9.4 должны показать, что значения Г.Т а, ТТ б должны быть близкими к значению Т.. ., и значения Т._ , Т._ _всегда меньше значения
Хор)' р а' р б "
Т.(ор). Погрешность вычислений значений Г.Т а, ТТ б определяется по формуле:
5- ^ Tj(op) -100%
T j
j(op)
(19)
Если значение 5 < 3 %, то расчеты выполнены без ошибок
Для выяснения влияния отдельных факторов на максимально допустимое значение частоты коммутации IGBT и на режим работы всего модуля, рассмотрим несколько примеров расчета^
Пример 1 Работа инвертора на асинхронный двигатель в установившемся режиме •
Исходные данные: двигатель типа АИР180М4, -out= =30 кВт, п = 0,915, cos Ф = 0,87, напряжение питания двигателя Uout = 380 В; так как режим нагрузки - постоянный, то Kovl = 1; коэффициент модуляции в инверторе т = 0,95; тип модуля SKiiP 39AC12T4V1 (шести ключевой модуль без металлического основания), KswM =6, его
в
SW
параметры: /Сюш=150А; Tj(op)=150°C; ^СЕ0= 0,7 В; гСЕ=0,01 Ом; Eon=22,5 мДж; Eoff=14 мДж; (Esw=36,5 мДж); = 0,33 K / Вт; a = 9,79; b = 0,04156; с=0,0009; П = 0,9
th(js)T ' ' ' ' ' ' ' ' F0 '
В; r = 0,0078 Ом; E = 11,4 мДж; ^, п = 0,52 K / Вт;
> F ' ' rr ' ' th(js) D ' '
d = 2,49; e =0,0796; f= -0,00014; U = 600 В; количество
7 7 7 7J 7 7 пОШ 7
силовых модулей, от которых отводит тепло охладитель, KM = 1 ; охладитель типа P 16 / 200F с вентилятором типа SKF16В-230-01, Rthsa = 0,039 K / Вт; температура охлаждающего воздуха Тш = 45°С.
Результаты расчета: /out = 57,3 А ; Im = 81 А;
Pc
condT
= 28,8 Вт; Pc
condD
= 6 Вт; P = 131,9 Вт;
U
ОС = 653,2 В; ^ = 16,275 кГц; Р8№р = 131,9 Вт;
Рггр = 54,3 Вт; ТПа = 149,7°С; TjDa = 128,1°С; 5 = -0,2 %.
Вывод 1. При максимально допустимых значениях рабочей температуре структуры транзистора и частоты коммутации, при мощности на валу двигателя 30 кВт, большая часть мощности потерь в транзисторе приходится на мощность потерь при коммутации.
Модуль 8КиР 39ЛС12Т4У1 является новейшей разработкой фирмы 8БМ1КЯОМ (вторая половина 2012 года) и не имеет паяных соединений мягкими припоями. Поэтому представляет интерес сравнение его свойств с модулями предыдущего поколения с паяными соединениями на такой же ток. Для сравнения был выбран двух ключевой модуль выпуска 2009 года типа 8КМ 150вВ12Т4 с металлическим основанием (в инвертор устанавливается 3 модуля).
Пример 2. Инвертор на основе 3-х модулей 8КМ 150вВ12Т4 в режиме работы примера 1.
Исходные данные: модуль типа 8КМ150вВ12Т4 с параметрами: /спош=150 Л; Р(ор)=150°С; ПжТ0,7 В; ^сб=0,010м; Еоп=19,2 мДж; Ео{{ =15,8 мДж; (Е^=35 мДж); Р™ =0,19 К/Вт; а=9,°4; Ь = 0,05333; с=0,00077; П = 0,9 В;
1ВДТ > > > > ' ?? > ГО ' '
г„=0,0078 Ом; Е =13 мДж; =0,31К/Вт; ,, = 0,04К/Вт;
Г 7 7 ГГ ^^ ~ !п()8)^ ' ШсЯМ 7 7
"&(с$)м
d=1,32;e=0,1157;f=-0,00024; KswM =2; Unom= 600В; KM = 3. Результаты расчета: Iout = 57,3 А; Im=81 А; Pcond T=28,4 Вт;
Pc
cond D
= 6,4 Вт; Psw = 135,1 Вт; UDC = 653,2 В;
.4=16,910 кГц; Pswp = 135,1 Вт; Рггр = 59,8 Вт;^Тб = 148,2°С;
Т]ов=137,7°С; 5=-1,2 %.
Вывод 2. Результаты примеров 1 и 2 с учетом соизмеримости значений параметров модулей ЮВТ можно считать одинаковыми, то есть по электрическим и тепловым режимам работы один модуль 8КИР 39ЛС12Т4У1 может заменить три модуля 8КМ 150вВ12Т4. При этом, согласно информации фирмы 8БМ1КЯОМ, стойкость модулей серии 8КиР к термоциклированию не менее чем в пять раз выше, чем у модулей с паяными соединениями [5].
При сравнительно небольшой мощности нагрузки на выходе инвертора и, тем самым при малой мощности потерь в проводящем состоянии транзистора, максимально допустимое значения частоты коммутации будет наибольшим. При этом форма тока нагрузки наиболее близка к синусоидальной, а мощность потерь при коммутации будет максимальной. На рис. 1 представле-
Рис. 1. Зависимости частоты коммутации и мощности потерь в транзисторе от мощности нагрузки инвертора
на диаграмма максимально допустимых значения частоты коммутации и мощностей потерь в транзисторе в зависимости от мощности нагрузки инвертора (рассчитанные по формулам (1)-(12)), параметры которого приведены в примере 1, при температуре полупроводниковой структуры транзистора ^ = 150°С.
Вывод 3. При постоянстве суммарной мощности потерь в транзисторе и постоянстве условий его охлаждения максимально допустимое значение частоты коммутации почти линейно снижается с увеличением мощности нагрузки инвертора.
10. Модули ЮВТ серии 8КиР обладают повышенной циклостойкостью и предназначены для применения в электроприводах с циклически изменяющейся нагрузкой. В связи с этим представляет интерес, как зависит максимально допустимое значение частоты коммутации модуля ЮВТ от параметров цикла нагрузки.
Обычно при определении допустимых режимов работы оборудования в циклических режимах разработчики исходят из следующих предпосылок:
1. Цикл работы состоит из двух временных интервалов: времени нагрузки с определенным значением тока и времени паузы, с нулевым значением тока. Сумма этих двух интервалов времени определяется как время цикла.
2. В интервале времени нагрузки значение тока (или мощности) нагрузки может превышать номинальное значение пропорционально коэффициенту перегрузки. При этом, среднеквадратичное значение тока за определенное время усреднения (обычно принимаемое равным 10 минутам) не должно превышать номинального значения. В предельном (наихудшем) случае это условие можно представить в виде следующей формулы:
1 nom - 1RMS
1
(Kovl '1 nom ) ' tp
tc
(20)
где /пош - номинальное значение тока; /КМ8 - среднеквадратичное значение тока; Коу1 - коэффициент перегрузки; t, t - интервалы времени нагрузки и цикла, соответственно.
Решая уравнение (20) относительно tc , получаем:
а) для модуля IGBT без металлического основания:
t = K 2 t 'c _ -"-ovl *'р •
(21)
Tj(op) Tamb PcondT 'RthjsT KM ' KswM 'Pcond(Dc 'Rthsa + Zc) RthjsT + KM ' KswM '[1 + (Errm/Eswm)] ' (Dc ' Rthsa + Zc)
(22)
3^ Максимальное значение температуры полупроводниковой структуры IGBT в интервале времени нагрузки не должно превышать максимально допустимой рабочей температуры Tj
4^ Максимальное значение тока через IGBT не должно превышать трехкратного значения номинального тока (для модулей IGBT созданных по технологии Trench 4)^
В связи с этим, вышеприведенный алгоритм расчета максимально допустимого значения частоты коммутации IGBT необходимо дополнить для случая работы в циклическом режиме^ При этом следует учесть, что теплоемкость модулей IGBT сравнительно мала (его переходное тепловое сопротивление достигает своего максимального значения за время менее 1 с), поэтому при времени нагрузки 1 с и более в расчетах следует учитывать только установившееся тепловое сопротивление модуля^
11 Мощность потерь при коммутации в интервале времени нагрузки длительностью 1 с и более определяется по формулам:
где О— = /р /- коэффициент рабочего цикла;
^ с = (1 - Ос) • % Ш§а(?р + ¿с) - % ^а^с) + % ^а^р); (23)
%^а^р + ¿с); %ш§а(гс); %^(¿р); - значения переходного теплового сопротивления охладителя для моментов времени ($ + ¿с); (¿с); (¿р), соответственно, К/Вт.
Значения переходного теплового сопротивления охладителя определяется по известной формуле как сумма экспонент с определенными параметрами для данного охладителя
Zthsa(t) = Щ=1 R, ' (1 - exp(-t / т, )).
(24)
где К,, т, - параметры экспонент, по которым определяется переходное тепловое сопротивление охладителя. б) для модуля ЮБТ с металлическим основанием
H
P =
1 swc
Tj(op) - Tamb -PcondT 'RthjcT - KswM 'Pcond(Rthcs + KM 'Dc 'Rthsa + Zc) RthjcT + KswM '[1 + (Err / Esw )] ' [Rthcs + KM '(Dc ' Rthsa + Zc)]
(25)
12. Аналогично п. 8 определяется максимально допустимое значение рабочей частоты коммутации ЮБТ при циклической нагрузке
b т c 2 -"2 п '" 4
/swc = Pswc /[(~ +--+ — ' ) •UDC / Unom] .(26)
13 • Выполняется проверка выполнения расчетов аналогично п 9^
13Л^ Определяется мощность потерь при коммутации IGBT [3]
Bswcp = /swc - (a + _ - jm + 7- i2) - UDC /Unom • (27) F 2 п 4
13^ Определяется мощность потерь при восстановлении запирающих свойств диода обратного тока
d e / 2
Brcp = fswc - Ь + -- Im +~■1 m ) - UDC / Unom • (») F 2 n 4
133^ Определяется температура полупроводниковой структуры IGBT:
а) для модуля IGBT без металлического основания
TjTamax = (BcondT + Bswcp) -RthjsT + + KM - BMc - (Dc - Rthsa + Zc ) + Tamb , (29)
б) для модуля ЮБТ с металлическим основанием
Г)Тбтах = (РсопаТ + В^с) • КгЬ]сТ + вмс • КШс§ + ■
+ КМ • ВМс • (Ос • КШ8а + %с) + ТатЬ . (31)
13.4. Определяется температура полупроводниковой структуры диода обратного тока:
а) для модуля ЮБТ без металлического основания
Т)Батах = (ВсопаБ + Вггср) • +
+ КМ • ВМс • (О ) + ТатЬ . (32)
б) для модуля ЮБТ с металлическим основанием Т)Ббтах = (ВсопаБ + вггс) • Кгь]св + ВМс • КШс§ +
+ КМ • ВМс • (О
) + ТатЬ . (33)
13.5. Результаты вычислений по п. 13.3 и 13.4 должны показать, что значения Т._ , должны быть близкими к
^ атах^
значению Т . ., и значения Т._ , всегда меньше значе-
дор)г р тах^
ния Т.. .. Погрешность вычислений значения Т._ оп-
дор) А атах
ределяется по формуле
g = TjTamax Tj(oP)
T
• 100%
где
j(oP)
(34)
PMc = KswM ' (PcondT + Pswc + PcondD + Prrc) ; (30)
Если значение Sc < 3 %, то расчеты выполнены без ошибок
Zthsa (135 с) = 0,0310 K/Вт; Zt PsWc= 141,4 Вт;
Пример 3. Циклическая нагрузка инвертора с параметрами из примера 1 с такими дополнительными параметрами: Коу1 = 1,5; ^ = 60 с; параметры экспонент, аппроксимирующих переходное тепловое сопротивление охладителя Р 16 / 200Г представлены в табл. 1.
Результаты расчета: I =85,9 А; I = 121,5 А
^ А ои, ' 7 т 7
Рсопа!= 53,7 Вт; Рсопао=10,4Вт; ¿=135с; гв^(60с)=0,0210К/Вт
(195 с) = 0,0347 К/Вт Ппг = 653,2" В; / = 13,224 кГц
Р^ср = 141,4 Вт; Рггср = 54,8 Вт; ^^ 150,0°С
Т)Оашах= 119,5°С; ^ = 0,0 %.
На рис. 2 представлены две зависимости максимально допустимой частоты коммутации ЮВТ в режиме циклической нагрузки от значения коэффициента перегрузки инвертора, параметры которого приведены в примере 3.
Вывод 4. С увеличением уровня перегрузки с соблюдением условия (20) максимально допустимое значение частоты коммутации снижается почти линейно.
Как указывалось выше, значение максимально допустимой частоты коммутации ЮВТ зависит от интенсивности их охлаждения, теплового сопротивления охладителя. Продемонстрируем это на следующем примере.
Пример 4. Циклическая нагрузка инвертора с параметрами из примера 3, но с охлаждением одного модуля 8КлР 39ЛС12Т4У1 одним из трех охладителей: Рх 16/200Г (Я^ = 0,034 К/Вт), Рх 16/280Г (Я^ = 0,029 К/Вт) и Рх16/360Г (ЯЛа = 0,025 К/Вт). 8а
Результаты расчета по формулам (1)-(6), (20)-(26): при охладителе Рх 16/200Г / = 13,001 кГц; при охладителе Рх 16/280Г = 14,655 кГц; при охладителе Рх 16/360Г
= 15,822 кГц, приведены на рис. 3.
Таблица 1. Параметры экспонент, аппроксимирующих переходное тепловое сопротивление охладителя Р 16 / 200Б
i 1 2 3 4
R,, K/Вт 0,0284 0,0076 0,0025 0,0005
Ti , c 101,95 48 11,87 0,3796
Вывод 5. Снижение теплового сопротивления охладителя (например, при увеличении длины его профиля) приводит к увеличению значения максимально допустимой частоты коммутации модуля IGBT
Если на охладителе установлено несколько модулей, то значение максимально допустимой частоты коммутации модуля IGBT уменьшается. На рис. 4 показано изменение максимальной частоты коммутации модуля IGBT в режиме примера 4 на охладителе Px 16 / 360F в зависимости от количества охлаждаемых модулей.
Вывод 6. Увеличение количества и мощности источников тепла на охладителе приводит к уменьшению значения максимально допустимой частоты коммутации модуля IGBT.
Сейчас только структуры IGBT, созданные по технологии Trench 4 допускают максимальную температуру 175°С и рабочую температуру 150°С. Другие технологии создания структур IGBT, обеспечивающие более высокое быстродействие или более высокое напряжение в закрытом состоянии, имеют более низкие значения максимально допустимой температуры. В связи с этим представляет интерес влияния снижения рабочей температуры IGBT на максимально допустимое значение частоты коммутации.
Рис. 3. Зависимость максимально допустимой частоты коммутации от теплового сопротивления охладителя
Рис. 2. Зависимости частоты коммутации от коэффициента перегрузки при длительности нагрузки в цикле 10 с -кривая и 60 с - кривая
ЁГ 1 2 3
Коэффициент перегрузки
Рис. 4. Влияние количества охлаждаемых модулей на максимальную частоту коммутации
Пример 5. Циклическая нагрузка инвертора с параметрами из примера 3 с охлаждением одного модуля 8КиР 39ЛС12Т4У1 охладителем Рх 16 / 200Б, но при следующих значениях максимально допустимой температуры полупроводниковой структуры ЮБТ: 110; 125; 140; 155; 170°С.
Результаты расчета по формулам (1)-(6), (20)-(26) представлены на рис. 5, причем увеличение мощности потерь в модуле обусловлено увеличением динамических потерь связанных с повышением частоты коммутации.
Вывод 7. С уменьшением значения максимальной рабочей температуры полупроводниковой структуры ЮБТ значение максимально допустимой частоты ком -мутации также линейно снижается.
2000
=г
к г
3
18 16 14 12
10
8 б 4 2 0
л'
+ / ** / / / -
* * ■<#* / -
X- <* у -
-
--fswc ---Рмс -
1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0
и
m
0
1
С£ Л С.
и н с
-О
е-
а о
Э'
с
ПО 125 140 155 170 Температура структуры IGBT, °С
Рис. 5. Зависимость максимальной частоты коммутации и мощности потерь в модуле в интервале времени нагрузки от
максимальной температуры структуры IGBT в цикле
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Разработанный алгоритм расчета позволяет определить максимально допустимое значение частоты коммутации модуля IGBT в зависимости, как от параметров модуля, так и от влияния внешних факторов: мощности или тока нагрузки инвертора, типа охладителя и режима его работы.
В процессе выполнения расчетов определяются значения статических и динамических мощностей потерь в IGBT.
Это позволяет разработчику инвертора уточнять тип используемого модуля. При небольшой мощности нагрузки (и при высоких требованиях к синусоидальности формы тока в нагрузке) мощность статических потерь также невелика, а мощность динамических потерь большая. В этом случае желательно использовать быстродействующий модуль с меньшей мощностью динамических потерь, но с повышенной мощностью потерь в состоянии проводимости, что в данном случае не оказывает существенного влияния на температуру полупроводниковой структуры. При большой мощности нагрузки, когда мощность статических потерь в модуле сравнима или превышает мощность динамических потерь, необходимо использовать модуль с пониженной мощностью потерь в проводящем состоянии.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. MiniSKiiP Generation II Technical Explanations [Электронный ресурс] = Техническое описание второго поколения модулей MiniSKiiP / Musamettin Zurnaci / Semikron - Электронные данные (1 файл). [August 2012] -Режим доступа: http://www. semikron. com/skcompub/ de/MiniSKiiP 11. pdf свободный, - Загл. с экрана.
2. Иванов-Смоленский, А. В. Электрические машины: учебник для вузов. В двух томах. Том 1 - М. : Издательский дом МЭИ, 2006. - 652 с.
3. Applying IGBT [Электронный ресурс] = Применение IGBT / Bjorn Backlund, Raffael Schnell, Ulrich Schlapbach, Roland Fischer, Evgeny Tsyplakov / ABB Semiconductors - Электронные данные (1 файл). -Switzerland [2009] - Режим доступа: http:// www05. abb.com/global/scot/scot256.nsf/ veritydisplay/2f1b6e7c0b7832ebc12575ae002691b6/ $file/5sya2053-03%20applying%20igbts.pdf свободный, - Загл. с экрана.
4. Глава 11. АВТОНОМНЫЕ ИНВЕРТОРЫ [ Электронный ресурс] / - Электронные данные (1 файл). -[2009?] - Режим доступа: http://epa.susu.ac.ru/assets/ files/PromElectronika/Glava11 Pt.pdf свободный, -Загл. с экрана.
5. Херманн, Ральф SKiiP 4 - новая серия IPM для применений высокой мощности / Ральф Херманн, Андрей Колпаков // Силовая Электроника. -2009. - № 4. - С. 14-18.
Стаття надтшла до редакцп 07.09.2012.
Пiсля доробки 05.10.2012.
В. С. Остренко
Визначення максимально допустимого значення частоти комутацй модуля IGBT
Пропонуеться алгоритм розрахунку максимальноi частоти комутацй модул1в IGBT у двор1вневому iнвер-тор1 напруги в режи/ui постшного або ци^чного навантаження. При цьому температура напiвпровiдниковоi структури IGBT не перевищуе максимально допустиме значення. Розглянуто фактори, що впливають на максимально допустиме значення частоти комутацй IGBT.
Ключов1 слова: модуль IGBT, втрати потужностi, частота комутацй, температура напiвпровiдниковоi структури.
V. Ostrenko
Determination of the maximum value of the switching frequency IGBT module
An algorithm for the calculation of the maximum switching frequency of IGBT modules in the two-level voltage inverter mode, constant or cyclic loads, is proposed. The junction temperature of the IGBT does not exceed the maximum allowable value. The factors influencing the maximum allowed switching frequency of IGBT is considered.
Key words: module IGBT, power loss, switching frequency, junction temperature.
