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在低功率压缩机驱动电路ST超结MOSFET与IGBT手艺能

文章出处:admin 人气:发表时间:2018-08-12 21:54

  为满足市场需求,意法半导体针对分歧的工况供给多种功率开关手艺,例如, IGBT和最新的超结功率MOSFET。

  本文在现实工况下的一个低功耗电机驱动电路(例如,小功率冰箱压缩机)内测试了基于这两种功率手艺的SLLIMM™-nano(小型低损耗智能模压模块),从电热机能两个方面临这两项手艺进行了细致的阐发和比力。

  家电厂商不竭地寻求更高的产物能效,以合适日益趋严的能效律例,达到降低能耗和节流电费的目标。更具体地讲,次要需求是降低设备在低负载稳态以及满载工况下的功率损耗。因而,研发高能效开关,出格是在低电流前提下实现高能效,是达到这个市场需求的环节要素,亚洲华夏彩票同时也是半导体厂商研发新手艺的动力。

  由于过去几年手艺改良取得较大前进,意法半导体最新的功率MOSFET手艺能够成功地替代变频电机节制器的IGBT开关,并且在良多使用范畴出格是在低负载工况下是首选的功率开关处理方案。

  除了对一般能效的持续需求外,整个变频系统设想还需要优化尺寸、靠得住性和开辟工作量。为满足这些多重方针,在成功推出SLLIMM系列后,意法半导体的SLLIMM-nano产物家族新增两种分歧的功率开关手艺:

  从这两项手艺当选择哪一项手艺需要考虑多个要素,例如,功率大小、PWM开关频次、工作温度、节制策略。

  电机节制的次要使用包罗基于三个半桥的变压变频逆变器。在硬开关换流半桥拓扑内,续流二极管必需具有低正向偏压和快速反向恢复(低 trr 和 Qrr)的特征。电机驱动的典型开关频次是在4 kHz 到 20 kHz范畴内,以降低人耳可以或许听见的噪声。要想优化功率开关的低频机能,智能空压机起首是开关需具有低通态损耗,其次是低开关损耗。电机驱动器还必需稳健靠得住,在庇护电路激活前,可以或许长时间耐受电压电流突变。

  由于是单极器件,无少数载流子,功率MOSFET的长处是正向偏压(VDS(on))随漏极电流线性降低,关断换流快。另一方面,其固有体硅二极管表示出与分立二极管不异的物理局限性,这是MOSFET布局所致。

  在IGBT内,电压降(VCE(sat))与集电极电流不是线性关系。在变为通态前会呈现一个阈压,饱和时在某一个集电极电流之上有一个接近恒定的正向压降。为取得预定的反向恢复能耗和正向偏压,能够选择配合封装的二极管及其尺寸。

  最初,与IGBT比拟,功率MOSFET的通态损耗低,特别是在低电流时更为显著;关断能耗低,但导通能耗较高。加速体硅二极管的反向恢复速度与所用手艺工艺相关。

  为满足电机节制的需求,意法半导体以SLLIMM-nano系列产物形式供给多种功率开关手艺。

  这些功率器件供给典型的电机节制开关频次,在压降(VCE(sat))和开关能耗(Eon和Eoff)之间取得完满均衡,因而最大限度降低了通态和开关两大损耗源发生的损耗。

  IGBT和Turbo 2超高速高压续流二极管安装在统一个封装内,二极管颠末优调处置,取得了最好的trr/VF 比和恢复软度。

  SLLIMM-nano系列产物所用的N沟道600 V超结MOSFET采用最新的MDMesh DM2快速二极管手艺。改良的寿命节制手艺使内部体硅二极管的恢复速度更快,软度和稳健性更好。极低的反向恢复电荷(Qrr) 和极缩的反向恢复时间(trr)以及很低的RDS(on)通态电阻,使其很是合用于高能效电桥拓扑转换器。

  在典型工作温度 Tj = 100 °C范畴内,我们从动静态角度对两款器件进行了比力阐发。在小电流时,MOSFET SLLIMM-nano(显示线性特征)的正向压降低于IGBT模块典型的雷同于二极管的正向压降,如图 2所示,从图中不难看出,在电流低于0.7A(均衡点)时,超结MOSFET的静态特征优于PowerMESH IGBT。

  另一方面,硬开关转换器在开关导通和关断过程中会发生功率损耗现象,因而,开关损耗也必需考虑在内。开关损耗的次要诱因是续流二极管的反向恢复电荷,在导通过程中导致开关电流升高。

  虽然超结MOSFET开关管优化过的体硅二极管大幅降低了能耗,但IGBT仍是可以或许操纵配合封装的超快速二极管降低导通能耗。

  如图3所示,在这些前提下,仿实在验成果证了然功率损耗比力部门阐发的电气特征,凸起了在 180 W前超结MOSFET SLLIMM-nano (STIPQ3M60x)的热机能优异,特别是在较低负载时表示愈加优异,40W时总功率损耗降低40%,让家电设备能够达到更高的能效级别。

  在典型工况的低功率压缩机使用中,PowerMESH IGBT (STGIPQ3H60x)和超结MOSFET(STIPQ3M60x)的仿真成果表白,在低负载下超结STIPQ3M60x热机能表示更好,40W时功率损耗降低18%,使冰箱等家电可以或许取得更高的能效品级。

  为验证这个初步测试成果,我们还将在不异的测试前提下对一个低功率压缩机驱动器进行台架测试,利用开关频次 8 kHz的内置矢量节制算法(FOC)的PWM调制器。在做这个测试过程中,提高输入DC功率(PIn),同时察看封装温度,由于封装温度是与总功率损耗相关的热机能发生的。

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