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SPWM 電圧源コンバータの IGBT 損失を計算する-KBA236568

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SPWM 電圧源コンバータの IGBT 損失を計算する-KBA236568

Translated by: NXTY_Shibata

Original KBA: Calculate IGBT losses for a SPWM voltage source converter – KBA236568

SPWM 電圧源コンバータの IGBT 損失を計算する-KBA236568

KBA236566 の続きとして、このドキュメントの内容を理解する前に KBA235666 をお読みください。

 三相IGBTベースの電圧源コンバータは、3つの相に対して3つの同一のレグで構成されます。各相の電流と電圧の波形は、位相の遅れがあります。従って、導通損失とスイッチング損失は、1に示すように、単相を念頭に置いて計算できます。

NXTY_Shibata_0-1672101885841.png

1 三相電圧源コンバータのフェーズレグ

コンバータの総損失は、3倍して計算できます。i(t) >0の場合、1のT1とD2は動作可能です。T1とD2の電流波形をそれぞれ23に示します。従って、i(t) >0の場合、正の半周期中のT1とD2の電力損失を計算します。

NXTY_Shibata_1-1672101911671.png

 2 VSI(電圧源インバータ)におけるIGBT(T1)の電流波形

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 3 VSIにおけるダイオード(D2)の電流波形

 

IGBTの接合部温度は1周期でほぼ一定であるため、計算中は接合部温度が一定に保たれていると仮定できます。

NXTY_Shibata_3-1672101986251.png

 4 SPWMスキーム

 

コンバータが線形変調モードで動作していると仮定すると、変調指数m、周波数ω、AC電圧と電流間の位相遅れρ、 4のデッドタイムtd、IGBTの導通時間(∂T)とダイオードの導通時間(∂D)1スイッチング期間中のTsは、次のように計算できます:

NXTY_Shibata_4-1672102028905.png

現在の方程式を次のように仮定します:

NXTY_Shibata_5-1672102048320.png

1 スイッチング周期の IGBT 導通損失は、次のように表すことができます:

NXTY_Shibata_6-1672102070685.png

NXTY_Shibata_7-1672102099883.png

式(6)は次のように書き直すことができます:

NXTY_Shibata_8-1672102127276.png

となるところの

NXTY_Shibata_9-1672102143764.png

そして

NXTY_Shibata_10-1672102164282.png

VCE0とRTは、1に示すように、デバイスのデータシートから決定できます。

同様に、ダイオードの導通損失は次のように計算されます。

NXTY_Shibata_11-1672102183139.png

となるところの

NXTY_Shibata_12-1672102198676.png

そして

NXTY_Shibata_13-1672102214608.png

Vd0とRDの値を計算するには、デバイスのデータシートを参照してください。

IGBTの1スイッチング周期でのスイッチング損失は

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接合部温度が出力波形の1周期にわたって一定であると仮定します。スイッチング期間中のVDCも一定であり、スイッチング損失はICのバラつきに依存します。デバイスの電流波形を3に示します。

fsをスイッチング周波数とすると、IGBTのスイッチング損失と逆並列ダイオードの逆回復損失は、次のように記述できます。

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EOn、EOff、およびErecは、式(8)から計算された平均電流値で、デバイスのデータシートから決定できます。IGBTのスイッチング損失とダイオードの逆回復エネルギー損失は次のように計算できます。

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注:Infineon IGBT FF1200R12IE5Pを使用したSPWM電圧源コンバータのIGBT損失計算の例については、KBA236569を参照してください。

 

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