高频功率切换损耗低　高速IGBT增强PV变频器效能

HS3 IGBT具备低损耗/高输出电流

为分析不同切换频率的装置效能，使用IPOSIM仿真变频器效能。为了能够进行比较，图1所示的HS3 IGBT和IGBT3的动态损耗也考虑在内。在模拟中，计算出输出功率4千伏安(kVA)的单相H型电桥的输出电流，并考虑以下的操作条件：输出电流IOUT设为17.4ARMS，功率因子使用1.0；此外，调变指数为0.8，直流链接电压为400V。这两款装置使用相同的热状况，将散热片温度固定在80℃。

图4显示H桥变频器在上述操作条件下模拟的半导体功率损耗PLosses。从H桥变频器的分析显示，IGBT3的静态损耗只有HS3 IGBT静态损耗的70%；提高切换频率f时，动态损耗变得很明显，在f=7.5kHz时，HS3 IGBT的整体损耗等于IGBT3的整体损耗，如图4星号部分显示；当进一步提高切换频率时，此效应更为显着，而且可清楚发现HS3 IGBT的优点在高切换频率下更为明显。


图4　左侧：HS3 IGBT和IGBT3在H桥变频器拓扑的模拟半导体功率损耗与切换频率的关系。模拟的功率损耗为H桥变频器的功率损耗，而非单一芯片；右侧：HS3 IGBT和IGBT3最高可达到的输出电流与切换频率的关系。

图4右侧显示最高可达到的输出电流，计算时使用了上述的操作条件，其中IOUT不是固定值，会受装置最高接面温度限制；当提高频率时，IOUT随之下降，在低切换频率时，IGBT3的最高输出电流高于HS3 IGBT；在f?7.5kHz时，HS3 IGBT的输出电流高于IGBT3的输出电流。HS3 IGBT和IGBT3两者IOUT的差异，在较高的切换频率下更为显着。

闸极驱动设计发挥HS3 IGBT效能

本文提出HS3 IGBT、IGBT3和IGBT4的比较，当中显示HS3 IGBT的切换损耗少了两倍，在高频率应用的效能上大幅超越IGBT3及IGBT4。为了能善加发挥HS3 IGBT的切换效能，需要有针对应用优化的操作模式。因此，必须仔细考虑操作电流和闸极电阻，针对后者，其中一种可能的方式就是使用更为精细的闸极驱动设计。

HS3 IGBT是经济实惠的高效率切换开关，适合用在太阳能变频器或不断电系统(UPS)之类的高频率硬切换应用。仿真的结果也支持这些发现，同时显示HS3 IGBT适合在操作切换频率超过7.5kHz的应用中，当做最新型的切换开关使用。