本文的關(guān)鍵要點(diǎn)

?在逆變電路工作時(shí)，會(huì)產(chǎn)生體二極管的反向恢復(fù)電流。

? 反向恢復(fù)時(shí)間和反向恢復(fù)電流過(guò)大會(huì)導(dǎo)致?lián)p耗增加，這對(duì)于逆變電路而言是一個(gè)不利因素。

? 通過(guò)使用反向恢復(fù)時(shí)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(xiǎn)。

本文將為您介紹第二個(gè)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(guò)，從本文開(kāi)始我們將以電機(jī)驅(qū)動(dòng)中常用的“正弦波驅(qū)動(dòng)（三相調(diào)制）方式”為例進(jìn)行講解。

? 逆變電路的種類(lèi)和通電方式

?三相調(diào)制逆變電路的基本工作

?通過(guò)雙脈沖測(cè)試比較PrestoMOS與普通SJ MOSFET的損耗（實(shí)際測(cè)試結(jié)果）

?通過(guò)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(shí)序圖。由于在U相呈正極性時(shí)High Side（Q1）會(huì)進(jìn)行勵(lì)磁，因此柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)的占空比會(huì)隨著接近U相電流峰值而逐漸增加，隨著接近負(fù)極性而逐漸減小，并在U相呈負(fù)極性時(shí)進(jìn)行續(xù)流。當(dāng)U相呈負(fù)極性時(shí)則相反，Low Side（Q2）會(huì)進(jìn)行勵(lì)磁，并在U相呈正極性時(shí)續(xù)流。

在這種驅(qū)動(dòng)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(shí)間點(diǎn)均可進(jìn)行切換的特點(diǎn)，稱(chēng)之為“三相調(diào)制”。

各開(kāi)關(guān)時(shí)間點(diǎn)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(guò)以下公式表示：

圖1. 三相調(diào)制逆變器（U相）的時(shí)序圖

其中，Dmax是AC輸出峰值時(shí)的占空比，被稱(chēng)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(dòng)波形。

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

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

上下滑動(dòng)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(lì)磁電流流過(guò)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(lì)磁電流勵(lì)磁過(guò)的LV中，續(xù)流電流因Q4 OFF而經(jīng)由Q3的體二極管流過(guò)LV。

?由于該續(xù)流電流和流向LW的勵(lì)磁電流，LU中會(huì)流過(guò)勵(lì)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(huì)流過(guò)Q3的通道，從而實(shí)現(xiàn)同步整流工作。

? LU中繼續(xù)流過(guò)勵(lì)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(lì)磁電流勵(lì)磁過(guò)的LW中，續(xù)流電流因Q6 OFF而經(jīng)由Q5的體二極管流過(guò)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(guò)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(huì)流過(guò)Q5的通道，從而實(shí)現(xiàn)同步整流工作。

?此時(shí)，LV和LW繼續(xù)保持續(xù)流狀態(tài)，流過(guò)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(guò)與Mode（4）相同的電流路徑流動(dòng)。

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(guò)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(guò)續(xù)流電流和勵(lì)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(guò)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(guò)續(xù)流電流和勵(lì)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(guò)續(xù)流電流。

? LU、LV、LW變?yōu)閯?lì)磁狀態(tài)，很大的勵(lì)磁電流再次流過(guò)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(guò)LU的勵(lì)磁電流停止流動(dòng)。

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

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(guò)Q2的通道，從而實(shí)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(dòng)。

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(guò)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(dòng)。

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(huì)在Q2體二極管續(xù)流期間導(dǎo)通（ON），因此會(huì)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(huì)導(dǎo)致導(dǎo)通時(shí)產(chǎn)生開(kāi)關(guān)損耗。

?反向恢復(fù)電流結(jié)束流動(dòng)后，會(huì)進(jìn)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(dòng)時(shí)，電流通過(guò)與Mode（1）相同的路徑流動(dòng)。

?由于勵(lì)磁電流流過(guò)LU，因此電能再次被積蓄在LU中。

通過(guò)這樣的工作過(guò)程，會(huì)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(huì)產(chǎn)生該體二極管的反向恢復(fù)電流，因此對(duì)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(shí)

例如像Mode（12-2）所示，當(dāng)Q1導(dǎo)通時(shí)，會(huì)流過(guò)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(guò)過(guò)大的電流。此時(shí)，如果超過(guò)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(huì)導(dǎo)致Q1和Q2的MOSFET損壞。

●在反向恢復(fù)時(shí)間較長(zhǎng)的情況下

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

圖3.MOSFET導(dǎo)通波形（L負(fù)載工作時(shí)）

反向恢復(fù)時(shí)間trr越長(zhǎng)，導(dǎo)通時(shí)Q1的漏極電流ID(t)流動(dòng)的時(shí)間越長(zhǎng)，在漏極和源極之間施加電壓VDS(t)的時(shí)間越長(zhǎng)。此時(shí)的開(kāi)關(guān)損耗PSW通過(guò)下列公式來(lái)表示（TS為1個(gè)開(kāi)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(shí)間所得到的面積分，可見(jiàn)，反向恢復(fù)越慢，開(kāi)關(guān)損耗越大。在逆變電路中，流過(guò)電感器的電流會(huì)變?yōu)檎也睿虼藢?dǎo)通時(shí)的反向恢復(fù)電流會(huì)隨開(kāi)關(guān)時(shí)序發(fā)生變化。也就是說(shuō)，越接近正弦波峰值附近，反向恢復(fù)電流越大。所以，對(duì)于在正弦波峰值附近的開(kāi)關(guān)工作，要特別注意反向恢復(fù)電流引起的損耗會(huì)增加這一情況。

綜上所述，反向恢復(fù)時(shí)間和反向恢復(fù)電流過(guò)大對(duì)于逆變電路而言是一個(gè)不利因素。通過(guò)使用反向恢復(fù)時(shí)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(kāi)關(guān)器件損壞的風(fēng)險(xiǎn)。

通常而言，會(huì)通過(guò)雙脈沖測(cè)試對(duì)逆變電路的單橋臂進(jìn)行評(píng)估。在下一篇文章中，我們將通過(guò)雙脈沖測(cè)試對(duì)反向恢復(fù)特性?xún)?yōu)異的MOSFET和普通SJ MOSFET的損耗進(jìn)行比較。

審核編輯：湯梓紅