如何降低三相IGBT逆變器設計系統(tǒng)成本

    在變頻驅動、不間斷電源、太陽能逆變器和其他類似應用中，大多數(shù)三相逆變器采用絕緣柵雙極晶體管(IGBT)。三相逆變器的每個相位都使用高端和低端IGBT將交替正負電壓應用到電機繞組上。電機脈寬調制(PWM)控制輸出電壓。

    三相逆變器還使用6個隔離式柵極驅動器驅動IGBT。除了IGBT和隔離式柵極驅動器，三相逆變器還含有直流母線電壓感應、逆變器電流感應與過熱、過載和接地故障等IGBT保護。

    在暖通空調、太陽能泵等許多終端應用中，平衡成本與性能具有挑戰(zhàn)性。

    那么，節(jié)省材料清單(BOM)而又不犧牲系統(tǒng)性能的最佳方法是什么呢?

    下面列舉了一些方法：

    將高端和低端驅動器結合到一個封裝內。一個三相逆變器需要六個IGBT柵極驅動器。你可以為每一個IGBT使用單獨的柵極驅動器，但是雙通道柵極驅動器可以提高設計的靈活性，降低BOM成本。

    用自舉電路為柵極驅動器供電。無需贅言，任何高壓逆變器應用為了可靠運行都需要在柵極驅動器的初級和次級之間進行隔離。隔離式柵極驅動器的高端和低端可能需要不同的供電。自舉電源將對電源的要求降到一個，而不是為三相逆變器使用6個隔離的電源，降低了整體BOM成本和電路板空間。

    使用簡單的比較器保護IGBT。通過感應電流和使用窗口比較器，可以探測出簡單的過載和短路。比較器輸出可以通過關斷功能關斷IGBT柵極驅動器。

    除了IGBT，IGBT柵極驅動器和電流感應對三相逆變器級的成本和性能也有重要的影響。

    考慮使用以下方法節(jié)省電流感應電路的BOM：

    Shunt。

    用Shunt代替尺寸偏大、成本較高的霍爾和磁通量門電流傳感器模塊，可以優(yōu)化感應電路成本和空間。我們也考慮了電流變壓器，但是與Shunt相比，電流變壓器有線性和性能方面的問題。

    同相位電流感應實現(xiàn)更好的感應性能(與支路電流感應相比)。

    同相位電流感應意味著無論哪一個IGBT在切換，Shunt中都有恒定的電機電流流過(與支路電流感應中的噪聲切換電流相比)。另外，檢測端至端短路和端至地短路也很簡便。還可以使用兩個Shunt優(yōu)化成本，使用其他兩個感應電路的數(shù)據(jù)計算第三個相位的電流。

    考慮與Shunt一同使用隔離式放大器，而不是霍爾電流傳感器。為電流感應使用隔離式sigma-delta模擬器需要在軟件或硬件中執(zhí)行數(shù)字濾波器。隔離式放大器可以通過內置SAR ADC接口與低成本微控制連接。

    簡單的過電流保護。高帶寬隔離式放大器和比較器的反應時間短(<5至6µs)，可以為逆變器提供快速過電流保護，從而允許在系統(tǒng)中使用具有成本效益的柵極驅動器。<