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    > IGBT變流器 > 文章正文

    IGBT模塊三電平逆變器“I”字型和“T”字型電路的比較分析

    摘要:隨著太陽能、UPS技術的不斷發展和市場的不斷擴大,對逆變器效率的要求也越來越被制造商所重視,因此三電平的拓撲結構便應運而生。眾所周知,與傳統兩電平結構相比,三電平結構除了使單個IGBT阻斷電壓減半之外送彩金38满100提现_无需存款注册秒送18元,還具有諧波小、損耗低送彩金38满100提现_无需存款注册秒送18元、效率高等優勢。本文主要是現有的三電平研究的基礎上送彩金38满100提现_无需存款注册秒送18元,對”I”字型和”T”字型電路的波形了進行分析,并在波形分析的基礎上,對開關管的規格選取,損耗等方面進行了分析和比較,最終選取一種適合的三電平電路。文章來源:http://www.busyfamilymeals.com/bl/239.html
    一、三電平電路示意圖
    目前針對IGBT模塊三電平拓撲結構有很多種送彩金38满100提现_无需存款注册秒送18元,最常見的兩種拓撲結構為三電平“I”型和三電平“T”型,接下來會對這兩種結構從不同方面進行分析。
           如圖1,2所示的兩種三電平電路圖,為了區分這兩種電路,根據四個IGBT開關管在線路圖中的的排列方式,我們將前者成為I字型,后者稱為T字型。
           三電平電路與普通的半橋電路相比送彩金38满100提现_无需存款注册秒送18元,因為具有了中點續流的能力,所以對改善輸出紋波,降低損耗都有很好的效果。
    三電平“1“字形電路示意圖
    圖1. 三電平“1“字形電路示意圖
    三電平“T“字形電路示意圖
    圖2. 三電平“T“字形電路示意圖
    二送彩金38满100提现_无需存款注册秒送18元、兩種電路的波形分析
    為了對兩種電路的損耗和規格進行比較,本文描繪了兩種電路的波形,如圖3、圖4所示。
    以下是對波形圖的部分說明。
    1.波形圖假設正負bus相等,且各個元件均假設為理想元件。
    2.驅動信號的方式
    對兩種電路,為分析方便本文選擇相同的驅動信號波形,驅動信號的具體控制方式來自于參考文獻[1][2],如圖中所示,其中Q1,Q3一組PWM(有死區時間),Q2,Q4 一組PWM(有死區時間),另外Q1,Q4之間也含死區時間。
    3.波形圖中假設電感電流iL相同,且涵蓋了所有電流狀態的幾種情況(參考下文送彩金38满100提现_无需存款注册秒送18元,圖中也有標識)。
    4.VL表示電感與開關管相連點的電壓,波形圖中可以看出送彩金38满100提现_无需存款注册秒送18元,兩種電路此點電壓波形是相同的。
    5.VL的高電平值都為1倍Vbus,其他電平數值按高度比例以此為參考。
    1字型三電平電路波形分析
    圖3, 1字型三電平電路波形分析
    T字型三電平電路波形
    圖4,T字型三電平電路波形
    三送彩金38满100提现_无需存款注册秒送18元,兩種電路的比較
    1,開關管耐壓規格的比較:
    三電平I型電路中,4個IGBT管均承受相同的電壓,而T型Q1&Q4管承受兩倍的電壓。比如送彩金38满100提现_无需存款注册秒送18元,若直流母線為600V時,I型4個IGBT管阻斷電壓為600V/650V, 而T型Q1&Q4管為1200V. 1200V的IGBT芯片比600V/650V芯片有更大的開關損耗及導通損耗送彩金38满100提现_无需存款注册秒送18元,這意味著芯片的發熱更大送彩金38满100提现_无需存款注册秒送18元送彩金38满100提现_无需存款注册秒送18元,需要更多的硅芯片。而硅芯片的增加,成本也必然隨之增加送彩金38满100提现_无需存款注册秒送18元。
    然而在實際上,對于I型電路,當兩個開關管的電壓串聯承受2倍BUS電壓時,由于元件本身的差異,兩個開關管承受的的電壓不可能完全相同,因此,為了保證開關管的安全工作,I型電路中開關管也應按照承受2倍BUS電壓去設計。所以,從實際角度出發,在開關耐壓的選擇上,1字型電路并沒有太大優勢送彩金38满100提现_无需存款注册秒送18元。
    2,損耗的比較
    這里的損耗主要是指送彩金38满100提现_无需存款注册秒送18元送彩金38满100提现_无需存款注册秒送18元,四個開關管,及二極管開關和導通損耗。
    因為損耗與電流的流通路徑密切相關,所以按照電流的流經路徑,分成六種狀態,按照不同的顏色,已表示在圖3、4中送彩金38满100提现_无需存款注册秒送18元,請參考。
    i.正bus供電狀態,
    A, 1字型電路中,電流由+BUS,經Q1,Q2供電送彩金38满100提现_无需存款注册秒送18元。
    其損耗包括Loss_Q1_turnon&turnoff Loss_Q1_On Loss_Q2_On
    B, T字型電路中,電流由+BUS經Q1供電
    其損耗包括Loss_Q1_turnon&turnoff Loss_Q1_On
    比較:此狀態下,通過波形圖中可以看出Loss_Q1_turnon&turnoff相差不多,但1字型電路比T字型電路多一個Q2的導通損耗。
    ii.負bus供電狀態
    A, 1字型電路中送彩金38满100提现_无需存款注册秒送18元,電流方向由電感,經Q3,Q4至負bus送彩金38满100提现_无需存款注册秒送18元。
    其損耗包括Loss_Q4_turnon&turnoff Loss_Q3_On Loss_Q4_On
    B, T字型電路中送彩金38满100提现_无需存款注册秒送18元,電流方向由電感,經Q4至負bus
    其損耗包括Loss_Q4_turnon&turnoff Loss_Q4_On
    比較:此狀態下送彩金38满100提现_无需存款注册秒送18元,1字型電路比T字型電路多一個Q3的導通損耗。
    iii.正BUS續流狀態
    A, 1字型電路中,電流方向由電感經Q1diode,Q2diode至正bus。
    其損耗包括 Loss_Q1diode_turnon&turnoff&on
    Loss_Q2diode__turnon&turnoff&on
    B, T字型電路中送彩金38满100提现_无需存款注册秒送18元,電流方向由電感經Q1diode至正bus送彩金38满100提现_无需存款注册秒送18元。
    其損耗包括 Loss_Q1diode_turnon&turnoff&on
    比較:此狀態下,1字型電路比T字型電路多一個Q2的導通損耗送彩金38满100提现_无需存款注册秒送18元。
    iv.負bus續流狀態
    A, 1字型電路中送彩金38满100提现_无需存款注册秒送18元,電流方向由負bus經Q1diode,Q2diode至電感。
    其損耗包括 Loss_Q3diode_turnon&turnoff&on
    Loss_Q4diode__turnon&turnoff&on
    B, T字型電路中,電流方向由負bus經Q1diode至電感。
    其損耗包括 Loss_Q4diode_turnon&turnoff&on
    比較:此狀態下,一字型電路比T字型電路多一個Q3的導通損耗。
    v.中點續流iL>0狀態
    A送彩金38满100提现_无需存款注册秒送18元,1字型電路中,電流由GND,經D1送彩金38满100提现_无需存款注册秒送18元,Q2至電感。
    其損耗包括Loss_D1 Loss_Q2
    B,T字型電路中,電流由GND送彩金38满100提现_无需存款注册秒送18元,經Q2,Q3diode至電感送彩金38满100提现_无需存款注册秒送18元。
    其損耗包括Loss_Q2 Loss_Q3diode
    比較:此狀態下,兩種電路損耗接近。
    vi.中點續流iL<0狀態
    A送彩金38满100提现_无需存款注册秒送18元,1字型電路中,電流由電感,經Q3,D2至GND。
    其損耗包括Loss_Q3 Loss_D2
    B, T字型電路中,電流由電感,經Q3,Q2diode至GND。
    其損耗包括Loss_Q2 Loss_Q3diode
    比較:此狀態下,兩種電路損耗接近。
    結論:通過以上比較可以看出,除了中點續流狀態,其他狀態下T型電路的損耗都優于1字型電路。
    3,元件數量的比較
    從拓撲結構圖中,很容易可以看出T型電路要比1字型電路少兩個Diode,這對于減少空間有好處。
    4.控制時序不同
    三電平I型需先關斷外管Q1/Q4,再關斷內管Q2/Q3,防止母線電壓加在外管上導致損壞送彩金38满100提现_无需存款注册秒送18元;而T型則無時序上的要求。另外送彩金38满100提现_无需存款注册秒送18元,對于I型拓撲,在驅動設計時需要有4個獨立電源送彩金38满100提现_无需存款注册秒送18元;而對于T型共發射極拓撲,只需要3個獨立電源。
     I型與T型損耗有所差異送彩金38满100提现_无需存款注册秒送18元,在功率因數接近1時,開關頻率增大(>16KHz),三電平I型(600V)損耗更低,效率更高;而開關頻率減少時(<16KHz)送彩金38满100提现_无需存款注册秒送18元,三電平T型(1200V)損耗更低送彩金38满100提现_无需存款注册秒送18元,效率更高送彩金38满100提现_无需存款注册秒送18元。所以在設計逆變器系統的時候送彩金38满100提现_无需存款注册秒送18元,應根據不同的開關頻率去選擇一種效率高的拓撲結構。
    5.換流路徑不同
          在T型拓撲中,外管與內管之間的轉換路徑均為一致;而在I型拓撲中,換流路徑有所不同送彩金38满100提现_无需存款注册秒送18元,分為短換流路徑與長換流路徑,所以用分立模塊做三電平I型拓撲時,必須要注意其雜散電感與電壓尖峰的問題送彩金38满100提现_无需存款注册秒送18元。
    四,結論:
    通過本文的分析可以看出,T字型和1字型三電平電路比較,耐壓方面理論上1字型電路優于T字型電路,然而從實際應用角度分析,二者相差不大;損耗方面,T字型要優于1字型送彩金38满100提现_无需存款注册秒送18元;元件數量方面送彩金38满100提现_无需存款注册秒送18元,T字型少兩個Diode送彩金38满100提现_无需存款注册秒送18元。
    因此,按照本文的分析,在較小損耗和減小空間方面,T字型電路會比較有利。

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