本文的關(guān)鍵要點

?在逆變電路工作時，會產(chǎn)生體二極管的反向恢復(fù)電流。

? 反向恢復(fù)時間和反向恢復(fù)電流過大會導(dǎo)致?lián)p耗增加，這對于逆變電路而言是一個不利因素。

? 通過使用反向恢復(fù)時間和反向恢復(fù)電流峰值小的MOSFET，可以減少逆變電路中的損耗，降低MOSFET損壞的風(fēng)險。

本文將為您介紹第二個主題“三相調(diào)制逆變電路的基本工作”。在上一主題中已經(jīng)提到過，從本文開始我們將以電機驅(qū)動中常用的“正弦波驅(qū)動（三相調(diào)制）方式”為例進行講解。

? 逆變電路的種類和通電方式

?三相調(diào)制逆變電路的基本工作

?通過雙脈沖測試比較PrestoMOS與普通SJ MOSFET的損耗（實際測試結(jié)果）

?通過三相調(diào)制逆變電路比較PrestoMOS與普通SJ MOSFET的效率（仿真）

三相調(diào)制逆變電路的基本工作

圖1為U相的三相調(diào)制逆變電路時序圖。由于在U相呈正極性時High Side（Q1）會進行勵磁，因此柵極驅(qū)動信號的占空比會隨著接近U相電流峰值而逐漸增加，隨著接近負極性而逐漸減小，并在U相呈負極性時進行續(xù)流。當(dāng)U相呈負極性時則相反，Low Side（Q2）會進行勵磁，并在U相呈正極性時續(xù)流。

在這種驅(qū)動模式下，V相和W相也執(zhí)行同樣的PWM工作和續(xù)流工作，因此具有三相在AC輸出的任何時間點均可進行切換的特點，稱之為“三相調(diào)制”。

各開關(guān)時間點的占空比D(t)可以使用逆變器輸出AC頻率f和相位差θ，通過以下公式表示：

圖1. 三相調(diào)制逆變器（U相）的時序圖

其中，Dmax是AC輸出峰值時的占空比，被稱為“調(diào)制因數(shù)”。

圖2為U相電流峰值附近（正極性）的U相電流波形和各相晶體管（Q1/Q2、Q3/Q4、Q5/Q6）的柵極驅(qū)動波形。

圖2. U相電流巔峰值附近的各開關(guān)（Q1~Q6）柵極驅(qū)動波形

下面我們將U相電流峰值附近用來在電感器中積蓄能量的勵磁開關(guān)——U相High Side（Q1）從ON到OFF再到ON的區(qū)間，分為（1）～（13）個工作模式分別進行說明。下面的圖表示從U相看的電流路徑變化。

上下滑動查看更多內(nèi)容

Mode（1）

? Q1、Q4、Q6為ON，Q2、Q3、Q5為OFF。

? Q4和Q6的漏極電位變?yōu)?V。

? Q2的漏極電位變?yōu)閂in，U相電感器LU被施加Vin電壓。

?勵磁電流流過LU，使LU中積蓄電能。

Mode（2）

? Q1、Q6為ON，Q2、Q3、Q4、Q5為OFF。

? Q6的漏極電位繼續(xù)保持0V狀態(tài)。

?在被LU的勵磁電流勵磁過的LV中，續(xù)流電流因Q4 OFF而經(jīng)由Q3的體二極管流過LV。

?由于該續(xù)流電流和流向LW的勵磁電流，LU中會流過勵磁電流和續(xù)流電流。

Mode（3）

? Q1、Q3、Q6為ON，Q2、Q4、Q5為OFF。

? Q6的漏極電位繼續(xù)保持0V狀態(tài)。

? Q3 ON，流經(jīng)Q3體二極管的續(xù)流電流會流過Q3的通道，從而實現(xiàn)同步整流工作。

? LU中繼續(xù)流過勵磁電流和續(xù)流電流。

Mode（4）

? Q1、Q3為ON，Q2、Q4、Q5、Q6為OFF。

?在被LU的勵磁電流勵磁過的LW中，續(xù)流電流因Q6 OFF而經(jīng)由Q5的體二極管流過LW。

?這樣，LV和LW變?yōu)槔m(xù)流狀態(tài)，該續(xù)流電流的合成電流使流過LU的電流得以保持。

Mode（5）

? Q1、Q3、Q5 為ON，Q2、Q4、Q6 為OFF。

? Q5 ON，流經(jīng)Q5體二極管的續(xù)流電流會流過Q5的通道，從而實現(xiàn)同步整流工作。

?此時，LV和LW繼續(xù)保持續(xù)流狀態(tài)，流過LU的電流得以保持。

Mode（6）

? Q1、Q3為ON，Q2、Q4、Q5、Q6為OFF。

?首先，Q5 OFF，使續(xù)流電流再次流經(jīng)Q5的體二極管，并通過與Mode（4）相同的電流路徑流動。

Mode（7）

? Q1、Q3、Q6為ON，Q2、Q4、Q5 為OFF。

? Q6再次ON，使Q6的漏極電位被下拉至0V。

?通過拉低Q6的漏極電位，LU引腳間再次被施加Vin電壓。

?電流路徑變?yōu)榕cMode（3）相同的路徑，LU中流過續(xù)流電流和勵磁電流。

Mode（8）

? Q1、Q6為ON，Q2、Q3、Q4、Q5為OFF。

? Q3再次OFF，使續(xù)流電流流過Q3的體二極管。

?電流路徑變?yōu)榕c與Mode（2）相同的路徑，LU中繼續(xù)流過續(xù)流電流和勵磁電流。

Mode（9）

? Q1、Q4、Q6 為ON，Q2、Q3、Q5 為OFF。

? Q4再次OFF，使Q4的漏極電位被下拉至0V。

?電流路徑變?yōu)榕cMode（1）相同的路徑，不再流過續(xù)流電流。

? LU、LV、LW變?yōu)閯畲艩顟B(tài)，很大的勵磁電流再次流過LU，并將電能積蓄在LU中。

Mode（10）

? Q4、Q6為ON，Q1、Q2、Q3、Q5為OFF。

? Q1 OFF，使流過LU的勵磁電流停止流動。

?此時，由于LU中積蓄著電能，因此續(xù)流電流會經(jīng)由Q2的體二極管流動。

Mode（11）

? Q2、Q4、Q6為ON，Q1、Q3、Q5為OFF。

? Q2 ON，使流經(jīng)Q2體二極管的續(xù)流電流流過Q2的通道，從而實現(xiàn)同步整流工作。

?續(xù)流電流由于LU中積蓄的電能而繼續(xù)保持流動。

Mode（12-1）

? Q4、Q6為ON，Q1、Q2、Q3、Q5為OFF。

? Q2 OFF，使續(xù)流電流再次流過Q2的體二極管。

?續(xù)流電流由于LU中積蓄的電能而繼續(xù)保持流動。

Mode（12-2）

? Q4、Q6為ON，Q2、Q3、Q5為OFF。

? Q1從OFF狀態(tài)變?yōu)镺N狀態(tài)的模式（Mode）。

?由于Q1會在Q2體二極管續(xù)流期間導(dǎo)通（ON），因此會在Q1的通道和Q2的體 二極管中產(chǎn)生反向恢復(fù)電流。

?該反向恢復(fù)電流會導(dǎo)致導(dǎo)通時產(chǎn)生開關(guān)損耗。

?反向恢復(fù)電流結(jié)束流動后，會進入Mode（13）。

Mode（13）

? Q1、Q4、Q6 為ON，Q2、Q3、Q5 為OFF。

?當(dāng)反向恢復(fù)電流結(jié)束流動時，電流通過與Mode（1）相同的路徑流動。

?由于勵磁電流流過LU，因此電能再次被積蓄在LU中。

通過這樣的工作過程，會產(chǎn)生Mode（12-2）中那樣的體二極管反向恢復(fù)電流。Q1～Q6都會產(chǎn)生該體二極管的反向恢復(fù)電流，因此對于逆變電路而言，反向恢復(fù)特性的好壞非常重要。該反向恢復(fù)電流的不良影響如下：

●當(dāng)反向恢復(fù)電流（峰值電流）較大時

例如像Mode（12-2）所示，當(dāng)Q1導(dǎo)通時，會流過Q2的反向恢復(fù)電流。如果反向恢復(fù)電流峰值Irr較大，則Q1中將流過過大的電流。此時，如果超過MOSFET的額定值（如果電流密度變大），漏極-源極之間將發(fā)生短路，處于橋臂短路狀態(tài)，可能會導(dǎo)致Q1和Q2的MOSFET損壞。

●在反向恢復(fù)時間較長的情況下

流過體二極管的反向恢復(fù)電流時，在Mode（12-2）下，當(dāng)Q2的體二極管導(dǎo)通時，Q1的漏極和源極之間將被施加Vin量的電壓。此時的導(dǎo)通開關(guān)波形如圖3所示。

圖3.MOSFET導(dǎo)通波形（L負載工作時）

反向恢復(fù)時間trr越長，導(dǎo)通時Q1的漏極電流ID(t)流動的時間越長，在漏極和源極之間施加電壓VDS(t)的時間越長。此時的開關(guān)損耗PSW通過下列公式來表示（TS為1個開關(guān)周期）。

從公式（2）可以看出，損耗能量EON是ID(t)和VDS(t)的積乘以時間所得到的面積分，可見，反向恢復(fù)越慢，開關(guān)損耗越大。在逆變電路中，流過電感器的電流會變?yōu)檎也睿虼藢?dǎo)通時的反向恢復(fù)電流會隨開關(guān)時序發(fā)生變化。也就是說，越接近正弦波峰值附近，反向恢復(fù)電流越大。所以，對于在正弦波峰值附近的開關(guān)工作，要特別注意反向恢復(fù)電流引起的損耗會增加這一情況。

綜上所述，反向恢復(fù)時間和反向恢復(fù)電流過大對于逆變電路而言是一個不利因素。通過使用反向恢復(fù)時間短且反向恢復(fù)電流峰值小的MOSFET，可以減少逆變電路中的損耗，并降低開關(guān)器件損壞的風(fēng)險。

通常而言，會通過雙脈沖測試對逆變電路的單橋臂進行評估。在下一篇文章中，我們將通過雙脈沖測試對反向恢復(fù)特性優(yōu)異的MOSFET和普通SJ MOSFET的損耗進行比較。

審核編輯：湯梓紅