¿Cómo calculo la pérdida de potencia de conmutación en la modulación de ancho de pulso sinusoidal SPWM en un inversor de puente H (4 IGBT), y precisamente es linealmente proporcional a la conmutación de frecuencia o al número de acciones de conmutación?
switghing_loss_wattage = energy_per_transition x number_of_transitions_per_second
Si estás haciendo PWM usando un puente H ... Durante cada interruptor, la corriente fluye en dos diodos durante el tiempo muerto, dos transistos se encienden, dos se apagan y la capacidad de los 4 está cargada o descargada. Por lo tanto ...
energy_per_transition = 2 x (E_dead + E_cond_on + E_cond_off) + 4 x (E_cgs + E_cgd + E_cds)
Las pérdidas capacitivas suelen ser más significativas a voltajes más altos o frecuencias más altas y, a veces, pueden ignorarse.
Cuando se utiliza un IGBT, la hoja de datos a menudo cita un valor E_on o E_off que agrupa las distintas partes de las pérdidas de encendido / apagado. Los valores citados suelen ser válidos a tensiones o corrientes específicas.
La energía aproximada perdida en cada transistor durante cada conmutador proviene de las siguientes fuentes ...
1) Cada vez que encienda un transistor del lado alto en un puente en H, debe asegurarse de que el transistor del lado bajo esté apagado primero y viceversa, porque si ambos estuvieran encendidos a la vez, entonces la potencia y la conexión a tierra Cortocircuitarse a través de los transistores y destruirlos. Por lo tanto, generalmente se agrega una pequeña cantidad de tiempo muerto entre apagar un transistor y encender el otro miembro del par. Los IGBT suelen tener tiempos de apagado en el rango de cientos de ns a microsegundos. Durante el tiempo muerto, si se está conduciendo una carga inductiva, la corriente de carga permanece aproximadamente constante y debe tener una ruta. El camino será a través del diodo del cuerpo del transistor o a través de un diodo Schottky agregado por separado. En cualquier caso, la energía disipada durante el tiempo muerto será
E_dead = diode_voltage x load_current x dead_time.
2) Cuando un transistor en un puente H está apagado, tiene toda la tensión de alimentación a través de él, pero no hay corriente, por lo que no hay pérdida de energía. Cuando el transistor está encendido, tiene alrededor de 0 V a través de él y toda la corriente de carga, pero muy poca pérdida de potencia. Cuando la transistión de apagado a encendido la corriente del transistor permanece casi constante cuando se maneja una carga inductiva, pero la tensión a través del transsitor se mueve de forma aproximadamente lineal entre la tensión de alimentación completa y 0V. Tomará un tiempo finito para que el transistor realice la transición. El giro en las pérdidas de conducción son aproximadamente
E_cond_on = 1/2 x supply_voltage x load_current x turn_on_time.
La transición de encendido a apagado tomará un tiempo finito. Las pérdidas de conducción de apagado son aproximadamente
E_cond_off = 1/2 x supply_voltage x load_current x turn_off_time.
3) Hay pérdidas debido a la capacidad de carga de la fuente de la puerta.
E_cgs = 1/2 x gate_source_capacitance x gate_source_voltage ^ 2.
4) Hay pérdidas debido a la capacidad de carga de la fuente de la puerta.
E_cgd = 1/2 x gate_drain_capacitance x gate_drain_voltage ^ 2.
5) Hay pérdidas debido a la capacidad de carga de la fuente de drenaje.
E_cds = 1/2 x drain_source_capacitance x drain_source_voltage ^ 2.
En un puente en H, cada transistor se enciende una vez y se apaga una vez por ciclo de conmutación, y hay 4 transistores.
energy_per_transition = 2 x (E_dead + E_cond_on + E_cond_off) + 4 x (E_cgs + E_cgd + E_cds)
El load_current a usar en los cálculos debe ser la corriente de carga promedio, que para una onda sinusoidal es 2 / pi x the_peak_load_current.
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