A technique for switching power loss calculation in MOSFET semiconductor power converters with PWM control

Abstract

На сегодняшний день широкое распространение получают различные электротехниче-ские комплексы и системы с использованием устройств силовой электроники. К таким системам можно отнести системы автономного энергоснабжения на базе возобновляемых источников энергии, системы накопления электрической энергии, активные силовые филь-тры и компенсаторы реактивной мощности. Ключевым элементом в составе данных ком-плексов и систем является силовой полупроводниковый преобразователь. Как правило, перечисленные системы преобразования электрической энергии имеют мощность от сотен киловатт до единиц мегаватт. В описываемых системах целесообразно применение высо-ковольтных многоуровневых полупроводниковых преобразователей. Процесс проектиро-вания данных систем обязательно подразумевает расчет и анализ энергетических показате-лей качества преобразования электрической энергии, которые в большей степени определяются структурой и алгоритмом управления полупроводникового преобразователя. Одним из таких показателей является коэффициент полезного действия преобразователя, который показывают относительную долю статических и динамических потерь мощности в полупроводниковых приборах. И, если расчет статических потерь мощности в любых полупроводниковых приборах в настоящее время не вызывает затруднений, то с расчетом динамических потерь мощности дела обстоят иначе. На сегодняшний день существует множество различных методик расчета динамических потерь мощности в силовых полу-проводниковых приборах. Однако есть ряд особенностей, характерных для расчета дина-мических потерь мощности в MOSFET транзисторах в многоуровневых полупроводнико-вых преобразователях. В частности, сложность определения энергии включения и выключения транзистора в многоуровневом преобразователе с векторной ШИМ.В данной работе представлена методика оценки динамических потерь мощности в MOSFET транзисторах полупроводникового преобразователя. Представленная методика основана на методе переключающих функций и ориентирована на преобразователи, управ-ляемые векторными способами ШИМ. Рассмотрен пример расчета динамических потерь мощности в трехфазном трехуровневом преобразователе напряжения. Проведены экспери-ментальные результаты, подтверждающие теоретически полученные результаты.Ключевые слова: динамические потери мощности, КПД, векторная ШИМ, энергия включения/выключения транзистора, многоуровневый полупроводниковый преобразова-тель. DOI: 10.17212/1727DOI: 10.17212/ -2769DOI: 10.17212/ -2017 Введение В настоящее время высокие темпы развития силовой преобразовательной тех-ники стали одним из ключевых факторов широкого распространения силовых полупроводниковых преобразователей в системах преобразования электрической энергии мощностью от сотен киловатт до единиц мегаватт. К таким системам можно отнести системы генерирования на базе возобновляемых источников, Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ и Правительства Новоси-бирской области в рамках научного проекта № 17-48-543169.

The Control of Three-Phase Voltage Source Inverter With the Third Harmonic Premodulation in the Power Supply of Deep-Water Vehicle

“…Для обеспечения корректной работы АИН необходимо производить выбор силовых транзсторов с учетом статических и динамических потерь [16], [17], которые зависят от способа управления. Основополагающими параметрами выбора силового транзистора, работающего в ключевом режиме, являются максимальный ток, протекающий через транзистор в открытом состоянии, и напряжение, прикладываемое к нему в закрытом состоянии.…”