三相三電平維也納PFC的器件應力分析

本文今天要講的三相三電平維也納PFC器件應力分析,在大功率充電樁的充電模塊的方案設計中,器件選型及參數控制關係重大,會決定電源模塊工作可靠性及穩定性。

  1. PFC 電感應力
從上面的工作狀態,我們可以知道,PFC 電感的前端接輸入,後端電壓在開關不同的狀態分別接PFC 電容三個電位,P,O,N,我們以輸入的三相中點為基準, PFC 母線電壓是波動的,三個狀態的電壓分別為:


其中Vu,Vv,Vw 為三相開關端點相對母線電容中點的電壓,以A 相為例,當Va>0 時,Vu 可以取0,400V,而其餘B,C 相可以取除(400V,400V)以外的任意向量,因B,C 相不可能同時為正,所以此時PFC 電感右端的電壓範圍-266~533V。

同理當Va<0 時Vu 可以取0,-400V,而其餘B,C 相可以取除(-400V,-400V)以外的任意向量,所以此時PFC 電感右端的電壓範圍-533~266V。電感兩端的電壓峰值出現在該相60 度時(大於60 度後其餘兩相為負,GND 到O 的電壓最大值變成了133V,所以從仿真上可以看出峰值電壓的跌落,最大值為:



  1. MOSFET 和二極體應力

如下圖1 所示,每相的兩個二極體跨接在正負母線之間,其中點的電平可以為0,-400V,400V, 所以對於二極體,其兩端承受的最大平台電壓為輸出PFC 輸出電壓,800V 母線電壓考慮MOS 開關帶來的電壓尖峰,二極體的最大尖峰電壓會接近1000V,其電流應力可以通過控制方程計算出來。





其實考慮整流二極體不僅要考慮耐壓、通流能力,還有一個很重要的參數是抗浪涌衝擊的能力。在實際調試的過程中,有嘗試選擇用SiC 二極體,但是SiC 二極體的抗浪涌衝擊電流的能力比較弱,所以一般都是採用超快恢復的高壓二極體,比如Microsemi 的ATP30DQ1200B 系列。 我們知道,當模塊在打浪涌的時候,電流都是走低阻抗的路徑,一般前級的壓敏電阻會泄流一部分電流,但是壓敏電阻不會泄放所有的電流,依然會有大量的電流留到後級電流中。對於單相模塊,一般的做法是在PFC電感前面增加一個二極體到PFC母線電容,這樣,浪涌電流就會通過防雷二極體引入到PFC母線電容,保護了功率器件。但是對於三相PFC而言,PFC電容是一個五電平的波動,無法採用這種方法。否則,電路正常工作時就會有電流流過該二極體而導致Vienna無法工作。所以,大電流會通過電感、PFC Diode進入母線電容,這個時候就要求PFC Diode抗浪涌電流的能力比較強。

MOSFET的VDS電壓,由於採用三電平技術,使MOSFET電壓只有三相PFC 800V母線電壓的一半,考慮尖峰,這個電壓會接近600V。對於MOS電壓應力我們最關心的是對頂MOS的中點相對三相輸入的參考地的電位差,如果採用隔離光耦進行驅動,這個電壓決定隔離驅動光耦的選型。

後續我們會從控制模式、控制地的選擇、母線均壓原理、原理仿真、如何實現數字化幾個方面繼續介紹三相維也納 (Vienna) 主拓撲。

歡迎大家幫忙指點,謝謝!

★博文內容均由個人提供,與平台無關,如有違法或侵權,請與網站管理員聯繫。

★文明上網,請理性發言。內容一周內被舉報5次,發文人進小黑屋喔~

評論