Comportamentul termic al modulului IGBT “Three-Level Trench Gate”

4 MAI 2010

Controlul semiconductorilor de putere într-o topologie NPC de trei nivele utilizează un set de 12 semnale de control. Un invertor back-to-back de două sau trei nivele a fost astfel construit ca performanţele puterii să poată analiza disiparea termică a semiconductorilor de putere. Această analiză termică utilizează o cameră IR pentru a efectua o măsurare în situaţia dată şi permite modelarea precisă a parametrilor termici şi electrici. Odată platforma experimentală calibrată, pierderea pe fiecare componentă a semiconductorului poate fi măsurată şi comparată cu rezultatele simulării. Prin urmare, tuningul parametrilor modelului devine posibil.

Articolul original a apărut în numărul 1/2010 al revistei “Power Electronics Europe”; este scris de către Marco Honsberg şi Thomas Radke de la Mitsubishi Electric Europe, Germania.

Continua creştere a cerinţelor de economisire a energiei a condus la o cercetare intensă a metodelor eficiente de conversie a energiei. Sursele neîntreruptibile de energie (UPS) conectate şi încărcate online 24 ore pe zi şi 7 zile pe săptămână precum şi invertoarele fotovoltaince (PV) sunt dedicate aplicaţiilor cu potenţial înalt de economisire a energiei prin creşterea eficienţei totale a sistemului. În afară de îmbunătăţirea continuă a diminuării pierderilor inerente de performanţă ale modulelor de putere şi din necesitatea de a avea module Silicon Carbid (SiC) bazate pe capsule optimizate ce vor fi disponibile pe scară largă în câţiva ani, tehnologia pe trei nivele se foloseşte eficient în reducerea pierderilor de putere ale sistemului.

În figura 1 este prezentat interiorul unui modul IGBT 13 în 1; este un modul IGBT din clasa de 1200V cu performanţe la frânarea în conjuncţie cu diodele FWD. O astfel de operaţiune de frânare poate deveni necesară în cazul în care o sarcină este conectată la UPS. Schema modulului este prezentată în figura 2.

Topologia NPC pe trei nivele şi detectarea scurt circuitului
Switch-urile exterioare sunt echipate cu un controller de curent în timp real (RTC), o tehnologie unică ce utilizează o fracţiune a curentului colector pentru a detecta situaţiile de supracurent şi a forţa desaturarea controlată în curent a IGBT-ului. Un circuit similar este utilizat de generaţiile anterioare de module inteligente de putere (IPM) pentru controlul nivelului curentului de desaturare şi a fost adoptat prima dată de modulele IGBT. Ca urmare a nivelului relativ scăzut al curentului, IGBT reduce gradul de stres în timpul situaţiilor de scurtcircuit.

Condiţii de aplicare pentru invertoare PV
Imaginile IR pentru condiţiile tipice de operare pentru PV inverter, cos(f) = 1 şi indexul de modulaţie variază între 0,5 şi 1; operaţiile PFC şi condiţiile mixte cu încărcătură capacitivă şi inductivă au fost testate. În exemplul prezentat mai jos, operaţia tipică sub condiţiile PV are următorii parametri:
Vcc = 750V
I = 50A
Rata de modulaţie = 69%
cos (f) = 1
fc = 10kHz
fo = 50Hz
Tf = 65°C

Temperatura absolută poate fi citită în figura 3.
În plus, un rezultat calitativ privind schimbările temperaturii de joncţiune funcţie de variaţia de fază între curent şi tensiune explică faptul că setarea dimensiunilor chipului în interiorul unui modul poate fi optimizată pentru anumite condiţii de funcţionare. Trecerea de sarcină este reflectată în disiparea termică ca o funcţie a lui cos (f); acest lucru se poate observa în imaginea IR din figura 4. Pentru toate testele, amplitudinea curentului şi indexul de modulaţie sunt păstrate constante.

<

Concluzii
Invertorul şi structura de control în concordanţă cu figura 2 sunt calibrate şi comandate cu succes pentru generarea condiţiilor reale pentru testarea modulelor IGBT de două sau trei nivele. Imaginile IR şi analiza informaţiilor corespunzătoare pierderilor ajută la concluziile referitoare la alegerea adecvată a modulelor IGBT care operează cu diferite valori ale factorului de putere.

Contact
VITACOM ELECTRONICS
Str. Bună Ziua FN, 400495 Cluj-Napoca
Telefon Vodafone: 0264-503548
Fax Romtelecom: 0264-438400
office@vitacom.ro
www.vitacom.ro

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile necesare sunt marcate *

  • Folosim datele dumneavoastră cu caracter personal NUMAI pentru a răspunde comentariilor/solicitărilor dumneavoastră.
  • Pentru a primi raspunsuri adecvate solicitărilor dumneavoastră, este posibil să transferăm adresa de email și numele dumneavoastră către autorul articolului.
  • Pentru mai multe informații privind politica noastră de confidențialitate și de prelucrare a datelor cu caracter personal, accesați link-ul Politica de prelucrare a datelor (GDPR) si Cookie-uri.
  • Dacă aveți întrebări sau nelămuriri cu privire la modul în care noi prelucrăm datele dumneavoastră cu caracter personal, puteți contacta responsabilul nostru cu protecția datelor la adresa de email: gdpr@esp2000.ro
  • Abonați-vă la newsletter-ul revistei noastre