Экспериментальное определение потерь в транзисторе резонансного инвертора напряжения
Аннотация
Все более актуальными становятся вопросы повышения эффективности мощных преобразователей энергии и улучшения характеристик изделий силовой электроники в части повышения рабочих частот преобразования, уменьшения потерь мощности на силовых элементах, снижения динамических перегрузок. Одним из наиболее энергоэффективных типов преобразователей являются резонансные инверторы напряжения, однако часто численное моделирование не демонстрирует радикальной разницы в энергоэффективности при работе преобразователя в различных расстройках, способных привести к выходу его из строя. Статья посвящена экспериментальным исследованиям потерь в резонансном инверторе при работе в различных расстройках. Проводится сравнение результатов экспериментальных исследований с расчетными данными при использовании стандартных моделей транзисторов. Для определения зависимости потерь мощности на транзисторах резонансного инвертора от частоты собран лабораторный стенд. Разработана компьютерная Spice-модель резонансного инвертора для пояснения различий потерь в зависимости от расстройки. Результаты моделирования демонстрируют меньшую зависимость потерь мощности транзисторной ячейки от частоты при отклонении от частоты резонанса и не показывают столь значительного ее влияния. Проведенное исследование позволяет несколько приближенно увидеть распределение потерь в зависимости от типа расстройки и сделать вывод о необходимости прохождения верификации моделей полупроводниковых элементов.
Литература
2. Головин А.Н. Методика расчета и оптимизации процессов переключения транзисторов в резонансном инверторе тока. – Научно-технические ведомости СПбГПУ, 2010, № 2, с. 58–65.
3. Васильев, А.С., Конрад Г., Дзлиев С.В. Источники питания высокочастотных электротермических установок: монография. Т. 4. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2006, 426 с.
4. Дзлиев С.В. Транзисторные генераторы для индукционного нагрева. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2012, 143 с.
5. Бондаренко Д.Н., Дзлиев С.В., Патанов Д.А. Коммутационные процессы в транзисторных инверторах для индукционного нагрева. – Известия ГЭТУ, 1996, вып. 497, с. 98–110.
6. Опре В.М., Дозоров С. Сравнительный анализ электромагнитных процессов в однофазных индуктивно-емкостных преобразователях. – Силовая электроника, 2013, № 3, с. 59–62.
7. Анучин А.С. и др. Минимизация и перераспределение коммутационных потерь в инверторе напряжения при использовании алгоритма широтно-импульсной модуляции с прогнозированием. – вестник московского энергетического института, 2019, №1, с. 79–85.
8. 1200 V CoolSiC™ MOSFET: Trench Technology Essentials. Munich, Germany: Infineon Technologies AG, 2024, 29 p.
9. Comparison of SiC MOSFET and Si IGBT. Toshiba Electronic Devices & Storage Corporation, 2020, 10 p.
10. Abdel-Rahman S., Stückler F., Siu K. PFC Boost Converter Design Guide. Munich, Germany: Infineon Technologies AG, 2014, 30 p.
11. Bououd M. Mitigating Reverse Recovery Power Losses in MOSFET Switching Cell Using Extra Schottky Diodes – Application to Voltage Source Inverter. – Power Electronic Devices and Components, 2024, No. 8, DOI: 10.1016/j.pedc.2024.100066.
12. Тихомиров И.С., Патанов Д.А. Определение оптимального тока коммутации транзисторов инвертора напряжения в установках индукционного нагрева. – Журнал научных публикаций аспирантов и докторантов, 2008, № 3, с. 188–192.
13. Geetha K., Sreenivasappa B.V. Power Loss Calculation for IGBT and SiC MOSFET. – Journal of Xi'an University of Architecture & Technology, 2020, pp. 378–382, DOI: 10.37896/JXAT12.08/2637.
14. Lakkas G. MOSFET Power Losses and how They Affect Power-Supply Efficiency. – Analog Applications Journal: Enterprise Systems, 2016, pp. 22–26.
15. Воронин П.А. Силовые полупроводниковые ключи: семейства, характеристики, применение. М.: ДМК Пресс, 2015, 382 с.
#
1. Jiang C. et al. An Overview of Resonant Circuits for Wireless Power Transfer. – Energies, 2017, vol. 10, iss. 7, DOI: 10.3390/en10070894.
2. Golovin A.N. Nauchno-tehnicheskie vedomosti SPbGPU – in Russ. (Scientific and Technical Bulletin SPbPU), 2010, No. 2, pp. 58–65.
3. Vasil’ev A.S., Konrad G., Dzliev S.V. Istochniki pitaniya vysokochastotnyh elektrotermicheskih ustanovok (Power Supplies for High-Frequency Electrothermal Installations). Vol. 4. Novosibirsk: Izd-vo NGTU, 2006, 426 p.
4. Dzliev S.V. Tranzistornye generatory dlya induktsionnogo nagreva (Transistor Generators for Induction Heating). SPb.: Izd-vo SPbGETU «LETI», 2012, 143 p.
5. Bondarenko D.N., Dzliev S.V., Patanov D.A. Izvestiya GETU – in Russ. (Proceedings of the State Electrotechnical University), 1996, iss. 497, pp. 98–110.
6. Opre V.M., Dozorov S. Silovaya elektronika – in Russ. (Power Electronics), 2013, No. 3, pp. 59–62.
7. Anuchin A.S. et al. Vestnik MEI – in Russ.(Bulletin of the MPEI), 2019, No. 1, pp. 79–85.
8. 1200 V CoolSiC™ MOSFET: Trench Technology Essentials. Munich, Germany: Infineon Technologies AG, 2024, 29 p.
9. Comparison of SiC MOSFET and Si IGBT. Toshiba Electronic Devices & Storage Corporation, 2020, 10 p.
10. Abdel-Rahman S., Stückler F., Siu K. PFC Boost Converter Design Guide. Munich, Germany: Infineon Technologies AG, 2014, 30 p.
11. Bououd M. Mitigating Reverse Recovery Power Losses in MOSFET Switching Cell Using Extra Schottky Diodes – Application to Voltage Source Inverter. – Power Electronic Devices and Components, 2024, No. 8, DOI: 10.1016/j.pedc.2024.100066.
12. Tihomirov I.S., Patanov D.A. Zhurnal nauchnyh publikatsiy aspirantov i doktorantov – in Russ. (Journal of Scientific Publications of Postgraduate and Doctoral Students), 2008, No. 3, pp. 188–192.
13. Geetha K., Sreenivasappa B.V. Power Loss Calculation for IGBT and SiC MOSFET. – Journal of Xi'an University of Architecture & Technology, 2020, pp. 378–382, DOI: 10.37896/JXAT12.08/2637.
14. Lakkas G. MOSFET Power Losses and how They Affect Power-Supply Efficiency. – Analog Applications Journal: Enterprise Systems, 2016, pp. 22–26.
15. Voronin P.A. Silovye poluprovodnikovye klyuchi: semeystva, harakteristiki, primenenie (Power Semiconductor Switches: Families, Characteristics, Applications). M.: DMK Press, 2015, 382 p
