PIM模塊中整流橋的損耗計算

在通用變頻器或伺服驅動器的設計中，經常會用到英飛凌的PIM模塊（即集成了二極管整流橋+剎車單元+IGBT逆變單元的模塊）。一般情況下PIM模塊中的整流二極管都是根據后面逆變IGBT的電流等級來合理配置的，且由于其多數都是連接電網工作于工頻50或60Hz工況，芯片結溫波動很小，因此其通常不會是IGBT PIM模塊是否適用的瓶頸，所以一般在器件選型時也不會特意去計算或仿真PIM模塊中整流橋部分的損耗。但有些客戶的機型要滿足一些特殊工況，或需要考慮模塊的整體損耗來做系統的熱設計，這時就需要計算整流橋的損耗。而目前我們在線仿真工具IPOSIM并不支持，所以在此介紹一種變通的計算方法，以備您不時之需。

【導讀】在通用變頻器或伺服驅動器的設計中，經常會用到英飛凌的PIM模塊（即集成了二極管整流橋+剎車單元+IGBT逆變單元的模塊）。一般情況下PIM模塊中的整流二極管都是根據后面逆變IGBT的電流等級來合理配置的，且由于其多數都是連接電網工作于工頻50或60Hz工況，芯片結溫波動很小，因此其通常不會是IGBT PIM模塊是否適用的瓶頸，所以一般在器件選型時也不會特意去計算或仿真PIM模塊中整流橋部分的損耗。但有些客戶的機型要滿足一些特殊工況，或需要考慮模塊的整體損耗來做系統的熱設計，這時就需要計算整流橋的損耗。而目前我們在線仿真工具IPOSIM并不支持，所以在此介紹一種變通的計算方法，以備您不時之需。

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整流橋的損耗計算，在PIM模塊里的二極管電流能力都不大，且處于工頻開關，所以其開關損耗一般可以忽略，而只計算其導通損耗，相應的理論公式如下，其對晶閘管和二極管均適用（公式中各個變量的含義如下所示）：

公式（1）

以上公式中的F因數取值，跟電路拓撲、輸出電流波形和器件導通角度都有關，具體取值可以參考下表:

表（1）

下面我們結合一個實例，來看一下具體計算的步驟和方法。

應用工況：

某客戶欲選用FP25R12W2T7用于三相400V輸入7.5kW的通用變頻器設計，額定輸出電流Iout=17Arms,過載1.5倍時：

Iout@1.5*OL=17*1.5=25.5Arms,

cosφ=0.9,m=1。

需要評估一下整流二極管的最大損耗以方便其系統準確的熱設計。

1.根據規格書，將模塊中的整流橋二極管的VF-IF曲線近似線性化VF=VT0+rTxIF，求得VT0和rT;

此例中，查詢規格書并線性化整流二極管V-I曲線，可以求得：VF=0.7+7.3*10^(-3)*IF，

即對應公式（1）中的VT0=0.7，rT=7.3*10^(-3)

2.根據表（1）來確定F取值，F=IRMS/IAV。對三相整流橋且帶直流電容的應用場景，可以取F=2~3。

3.根據拓撲及工況計算出整流橋的最大平均輸出電流值Idc.

此例中，根據7.5kW過載時的工況條件，又結合公式：

可得出：Idc≈IM=Iout=25.5A@1.5*OL。

4.求取每個橋臂中流過的平均電流值：

對三相整流，公式中的IAV_arm=Idc/3;

此例中，Iav_arm=Idc/3=25.5=8.5A。

5.應用前面的公式（1）來計算損耗：

6.計算結溫，看是否在芯片Tvjop允許的最大結溫以下。

此例中，假定散熱器溫度為Th=90℃，且查詢規格書中RthJH=1.36K/W,則整流二極管的運行結溫為：

Tvj=Th+Pv*Rthjh=90+10.7*1.36≈105 (℃),

遠低于150℃的運行結溫，可以安全運行。

至此，一個完整的計算過程就結束了。

通過以上實例可以看出，PIM模塊中整流橋的損耗計算，實際上并不復雜，對嗎？只需簡單幾步，就可自己快速計算，您學會了嘛~~~

審核編輯：湯梓紅