如何降低三相IGBT逆變器設(shè)計系統(tǒng)成本

    在變頻驅(qū)動、不間斷電源、太陽能逆變器和其他類似應(yīng)用中，大多數(shù)三相逆變器采用絕緣柵雙極晶體管(IGBT)。三相逆變器的每個相位都使用高端和低端IGBT將交替正負(fù)電壓應(yīng)用到電機(jī)繞組上。電機(jī)脈寬調(diào)制(PWM)控制輸出電壓。

    三相逆變器還使用6個隔離式柵極驅(qū)動器驅(qū)動IGBT。除了IGBT和隔離式柵極驅(qū)動器，三相逆變器還含有直流母線電壓感應(yīng)、逆變器電流感應(yīng)與過熱、過載和接地故障等IGBT保護(hù)。

    在暖通空調(diào)、太陽能泵等許多終端應(yīng)用中，平衡成本與性能具有挑戰(zhàn)性。

    那么，節(jié)省材料清單(BOM)而又不犧牲系統(tǒng)性能的最佳方法是什么呢?

    下面列舉了一些方法：

    將高端和低端驅(qū)動器結(jié)合到一個封裝內(nèi)。一個三相逆變器需要六個IGBT柵極驅(qū)動器。你可以為每一個IGBT使用單獨(dú)的柵極驅(qū)動器，但是雙通道柵極驅(qū)動器可以提高設(shè)計的靈活性，降低BOM成本。

    用自舉電路為柵極驅(qū)動器供電。無需贅言，任何高壓逆變器應(yīng)用為了可靠運(yùn)行都需要在柵極驅(qū)動器的初級和次級之間進(jìn)行隔離。隔離式柵極驅(qū)動器的高端和低端可能需要不同的供電。自舉電源將對電源的要求降到一個，而不是為三相逆變器使用6個隔離的電源，降低了整體BOM成本和電路板空間。

    使用簡單的比較器保護(hù)IGBT。通過感應(yīng)電流和使用窗口比較器，可以探測出簡單的過載和短路。比較器輸出可以通過關(guān)斷功能關(guān)斷IGBT柵極驅(qū)動器。

    除了IGBT，IGBT柵極驅(qū)動器和電流感應(yīng)對三相逆變器級的成本和性能也有重要的影響。

    考慮使用以下方法節(jié)省電流感應(yīng)電路的BOM：

    Shunt。

    用Shunt代替尺寸偏大、成本較高的霍爾和磁通量門電流傳感器模塊，可以優(yōu)化感應(yīng)電路成本和空間。我們也考慮了電流變壓器，但是與Shunt相比，電流變壓器有線性和性能方面的問題。

    同相位電流感應(yīng)實(shí)現(xiàn)更好的感應(yīng)性能(與支路電流感應(yīng)相比)。

    同相位電流感應(yīng)意味著無論哪一個IGBT在切換，Shunt中都有恒定的電機(jī)電流流過(與支路電流感應(yīng)中的噪聲切換電流相比)。另外，檢測端至端短路和端至地短路也很簡便。還可以使用兩個Shunt優(yōu)化成本，使用其他兩個感應(yīng)電路的數(shù)據(jù)計算第三個相位的電流。

    考慮與Shunt一同使用隔離式放大器，而不是霍爾電流傳感器。為電流感應(yīng)使用隔離式sigma-delta模擬器需要在軟件或硬件中執(zhí)行數(shù)字濾波器。隔離式放大器可以通過內(nèi)置SAR ADC接口與低成本微控制連接。

    簡單的過電流保護(hù)。高帶寬隔離式放大器和比較器的反應(yīng)時間短(<5至6µs)，可以為逆變器提供快速過電流保護(hù)，從而允許在系統(tǒng)中使用具有成本效益的柵極驅(qū)動器。<