DIPIPM自举电路设计三-运行时充电

1.3 DIPIPM自举电路运行时充电
1.3.1 基本充电方式
在PWM信号(如三相调制正弦波控制信号)下的逆变操作中，自举电容上的电荷将被电路电流(如：P侧IGBT驱动)消耗掉。P侧的IGBT关断后，在N侧IGBT的开通或N侧FWDi续流期间，输出端(U,V,W)电位将降至GND附近。如果此时自举电容电压VDB低于控制电源电压(15V)，自举电容会通过自举二极管再次充电。由于自举二极管的开通，实际上当VDB低于N侧控制电源电压(15V)0.6V时，充电就开始了。如图1-9,1-10所示。 ・当自举二极管和限流电阻两端电压超过0.6V时，充电开始。
・当自举二极管和限流电阻两端电压变大时，充电电流开始增加，充电效率也随之上升。
由于输出端电位是随电机电流的流向(即电流流进的N侧IGBT或续流二极管FWDi)变化的，所以自举电容电压VDB是以输出端电位为基准的。所以当N侧IGBT或续流二极管导通时自举电容不是一直处在充电状态。
逆变过程中有两种充电模式：
1：P侧IGBT关断后，N侧二极管FWDi续流
2：电流流入N侧IGBT
两种充电模式的电流流向如图1-11所示。充电模式是由输出电流流向决定，如图1-12所示。 在模式1中，输出端电位(自举电容的参考电位)是由正向电压值VEC(i)决定的；在模式2中，输出端电位是由IGBT饱和压降VCEsat(i)和旁路电阻压降R x i共同决定的，如下。
模式1：输出端电位=GND(0V)-VEC(i)<0V
模式2：输出端电位=GND(0V)+ VCEsat(i) + R x i>0V
由于VDB(自举电容存储电荷引起的电压)是以输出端电位为基准，所以自举电容上端的电位VBSC计算公式如下。如图1-13所示。
模式1：VBSC=VDB-VEC(i)
模式2：VBSC=VDB+ VCEsat(i) + R x i 当VBSC与控制电源电压15V相差0.6V或以上时，自举二极管导通，充电开始。由此可见，自举电容开始充电时的电压VDB计算方式如下。
模式1 : 15-VBSC≥ 0.6
15 + VEC(i) -0.6 ≥ VDB
模式2 ：15-VBSC≥ 0.6
15 -VCEsat(i) -R x i -0.6 ≥ VDB
以第5代超小型DIPIPM PS219C3(10A/600V)在电流分别为0A和5A时举例说明，自举电容开始充电的最大电压VDB可以通过以下方式估算。
条件：i=5A时，VEC=1.7V，VCE(sat)=1.5V，旁路电阻=50mΩ,
i≈0A时，VEC=0.6V，VCE(sat)=0.6V，旁路电阻=50mΩ(由于电流几乎为0，旁路电阻的压降可忽略不计)
表1-1最大VDB估算值(VDB降至此值时充电开始) 由以上表格可以看出相比模式1，在模式2的条件下VDB电压需要降低更多才能开始充电。自举电容在低于这个最大电压值时会开始充电，而这个自举电路的充电开始电压是由输出电流和IGBT、MOSFET、续流二极管特性共同决定的。
根据估算，在输出电流峰值分别为5A和0.5A时（fo均为60Hz），PS219C3的充电电压波形图如图1-14所示。可以看出自举电容最大充电电压取决于输出电流。