用于混合动力和纯电动汽车的IGBT大功率电子系统建模

时间:2022-03-17作者:佚名

我就职的Magna Electronics公司专注于通过为牵引驱动和控制应用提供工程、集成和创新解决方案支持这个新兴的混合动力/纯电动汽车市场,其中包括设计逆变器、直流直流转换器、电动机、电池管理系统和其它关键元器件(图1)。

图1:用于混合动力/纯电动汽车市场的电动机和逆变器。

功率半导体器件和模块是每个电源逆变器的关键器件。绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块则常被用于中高功率应用,如混合动力/纯电动汽车逆变器,因为它们具有高压大电流能力。IGBT是逆变器设计中的关键器件,因为该器件的特性决定了逆变器的行为和外围电路。

通过仿真改进设计

一般来说,改变一个设计或在实验室验证电路功能是非常耗时并且代价高昂的一件事。电路仿真为电气工程师提供了一种更高效的设计方式。

我们可以根据相关数据手册用Saber Model Architect建立IGBT模块的静态和动态行为的模型。可以用扫描工具将曲线输入Saber,同时调整定位点以匹配曲线。关键要求是表征IGBT的动态行为,包括结点电容、拖尾电流和续流二极管的反向恢复行为,以匹配导通/关断延时和上升下降时间。通过调整关键参数可以使模型用于不同的电路设计,从而极大地推进产品开发过程。

建模IGBT以便完全匹配测试结果是很难的。主要问题之一是,器件特性非常不线性。此时Saber就很有用了,它能通过提供支持来优化困难的模型。而确认电路中的寄生参数也很难,因为开关行为取决于器件本身和电路的寄生参数。尤其是电源电路中的杂散电感可能在关断时引起电压过冲,而栅极驱动电路中的寄生参数会影响开关速度。不过,通过多次反复调整电路可能取得良好匹配。

下面重点介绍了两种不同的IGBT应用,它们足以说明精确IGBT分析的好处。

过冲电压保护

对于任何工业产品来说,可靠性是最重要的问题之一。IGBT栅极驱动电路板中有各种保护措施,可防止IGBT受到过压、过流或过温的破坏。这种应用与IGBT模块的电压保护功能有关。当负载出现短路时,电流会瞬时增加到几千安培。电路中的过流保护部分一旦检测到大电流会立即关断IGBT。然而,快速的电流变化率作用于电路中的寄生电感后会在晶体管中产生过冲电压(图2)。这个电压如果没有被钳位将损坏器件。

图2:诸如电机驱动或逆变器等开关应用在IGBT关断时会产生过冲电压(图中的蓝线)。

保护电路通过检测Vce开启反馈电路。保护电路正确工作的关键因素之一是IGBT模块的关断延时和下降时间,这正是精确的IGBT模型之所以重要的原因。其它重要因素是选择保护电路中的元件,确保反馈时间满足要求。在本例中,目标是使Vce保持在550V以下。图3中的红色是在没有保护的情况下IGBT关断时的过冲电压。蓝线和绿线显示了通过改变控制环路和栅极驱动器中的延时而发生的不同行为。使用驱动电路的Saber或Spice模型可以确保整个仿真模型的精度。

图3:利用仿真理解改变保护电路内器件参数而发生的效应。

精确的Saber模型有助于验证所设计的电路的功能、选择正确的元件和调整参数。通过在实现硬件之前使用仿真可以显著节省时间,降低工程成本。

传导性电磁干扰(EMI)的预测

相关阅读

纪念标志性建筑亮化工程应该如何打造?

纪念标志性建筑在人们的心目中是一种庄严的形象,那么对于它的灯光亮化工程的打造也要符合这一要求,那么到底应该如何打造呢?需要从哪些方面入手? 一、纪念标志性建筑亮化工...
2022-08-30
纪念标志性建筑亮化工程应该如何打造?

公园景观照明要与其环境相适应

公园的功能多样,公园的类型日益增多,有风景公园、历史公园、儿童公园、区域公园等。为了满足公园多样化的功能, 公园景观照明 方式和设备也必须与之相适应,对光源和照明器...
2023-02-17
公园景观照明要与其环境相适应

园林灯光照明工程要注重灯光与景观的和谐统一

在园林建设过程中,通常会采用亭台楼阁、假山喷泉、雕塑等园林景观点的设计方案。园林灯光照明工程根据照明造型艺术与自然环境的结合,可以实现自然环境与人造光的和谐统一,...
2022-08-04
园林灯光照明工程要注重灯光与景观的和谐统一

景观亮化中内透光的使用

随着城市建筑中景观亮化以玻璃幕墙作为建筑立面的形式逐渐增多,内透光照明手法正在为越来越多的照明设计 师所使用。 单独使用内透光照明 1、单光源 在每个窗口设置一只光源,让...
2022-07-15

古建筑照明设计手法

中国古典建筑可谓独树一帜,自成体系,在用料、造型及平面和空间布局上均有自己固有的特征。主要建筑居中,其它建筑均根据中轴线向两侧发展。建筑形态,基本上都由阶基、屋顶...
2022-07-15

热销商品

电工胶带绝缘胶带PVC电胶布防水阻燃超粘耐温黑胶布汽车线束胶带

电工胶带是一款专业的电力电工用材,具备绝缘、PVC材质特性,可有效保障电气线路绝缘性能,防止电流外泄引发漏电风险。其采用防水、阻燃、超粘、耐温等设计,能适应复杂...
¥ 2.4

氟胶O型圈耐高温密封圈线径1-10mm现货可订做大尺寸胶圈非标异形

氟胶O型圈采用高性能氟橡胶(FKM)材料制成,具有卓越的耐高温、耐油、耐化学腐蚀性能,长期使用温度可达200℃以上,短期可耐受250℃高温。线径规格覆盖1–10mm,现货充足,支...
¥ 0.4

公牛官方旗舰店开关插座空调16A插座五孔10A面板暗装多孔G12白灰

公牛官方旗舰店提供一系列高质量的开关插座和空调配件。这款16A插座五孔面板采用暗装设计,适用于多种安装环境,如墙面、天花板等。它具有10A的电流容量,可以满足家庭...
¥ 5.91

100%桑蚕丝香云纱饰品发圈发夹口罩眼罩发带腰封直播专拍单拍无效

100%桑蚕丝香云纱饰品系列,精选天然桑蚕丝与非遗香云纱工艺匠心打造,质感柔滑亲肤,光泽雅致,尽显东方韵味。包含发圈、发夹、口罩、眼罩、发带、腰封等多款实用配饰,适...
¥ 1

橱柜灯层板柜子线型灯LED免焊接餐边柜子灯感应灯衣柜鞋酒柜灯带

橱柜灯层板柜子线型灯LED免焊接餐边柜子灯感应灯衣柜鞋酒柜灯带是一种用于家居照明的灯具,具有多种款式和功能。这些灯具通常采用LED光源,具有节能、环保的优点,且使...
¥ 4.4

网站栏目