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准确计算IGBT模块死区时间

如何计算IGBT模块所需最小死区时间?
1 引言
在现代工业中,IGBT器件在电压源逆变器中的使用越来越广泛。为了确保可靠地使用IGBT,必须避免出现桥臂直通现象。桥臂直通会产生额外的不必要功耗甚至热失控,可能会导致IGBT甚至整个逆变器出现故障。
  1. IGBT桥臂直通的原因
典型的IGBT一个桥臂拓扑电路如下图所示,正常工作时,两个IGBT交替开通和关断,如果将两个IGBT管同一时间导通将会导致电流的上升,该电流仅受限于IGBT DC-link杂散电感
Typical configuration of a voltage source inverter
Figure 1 Typical configuration of a voltage source inverter
当然,没有人会故意将两个IGBT同时开通,但由于IGBT并不是一个理想的开关,开通和关断时间并不是严格相同。为了避免桥臂直通,总是推荐添加一个所谓的“互锁延迟时间”或称为“死区时间”到控制机制。这样,一个IGBT总会先关断,另一个在经过期望的死区时间后被开通。因此,可以避免由于不对称的开通和关断时间造成的桥臂直通现象。文章来源: http://www.igbt8.com/qd/170.html
  1. 死区时间对逆变器工作的影响
死区时间一般有两种,一是控制死区时间,二是有效死区时间。控制死区时间是在控制算法里执行的死区时间,是为了获得器件端合适的有效死区时间,设置控制死区时间的目标是为了确保有效死区时间总是正值。由于实际计算的控制死区时间总是基于最坏的情况,有效死区时间是控制死区时间的重要部分。
死区时间一方面可以避免桥臂直通,另一方面也会带来不利影响。为了阐明死区时间的影响,我们考虑电压源逆变器的一个桥臂,如图2所示。假设首先输出电流的方向如图所示,IGBT管T1从开到关,IGBT管T2经过微弱的死区时间后从关到开。在有效死区时间内,两个管子都在断态,续流二极管D2传导输出电流。因而负边DC link电压施加到输出端,这种转换是被期望的。另一种情况,IGBT管T1从关到开,T2管从开到关,然后,D2仍然在死区时间内传输相同方向的电流。因此输出电压也是负边DC link电压,这种情况是不期望的。结论可概括如下:在有效死区时间内,输出电压由输出电流的方向决定,而不是控制信号。
如果我们考虑图2中相反的电流方向,当T1从开到关,T2从关到开时,将会获得一个电压。所以,应用死区时间通常会使电压和电流产生扭曲。如果我们选择了一个不合适的较大的死区时间,会使感应电机系统变得不稳定,可能会造成一些破坏的情况。因此选择死区时间的过程是非常重要的,应仔细计算。
One leg of voltage source inverter
Figure 2 One leg of voltage source inverter
本文将解释如何测量IGBT实践中的延迟时间,和如何在测量的基础上正确地计算控制死区时间。
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