500kW光伏逆变器功率单元介绍

WSH600-4/380C12F功率单元介绍一、产品简介WSH系列功率单元是武汉华尚新源科技有限公司开发的高度集成化功率器件平台系列产品，它将电力半导体开关器件、驱动电路、电流传感器、 直流电容、 吸收电容、 母排、 散热器及离心风机集成一体，并带有过流、 过热等故障保护功能， 以标准的电气接口和机械接口提供给客户，可以作为功率变换的核心部件，应用于光伏逆变器、高压变频器等多种电力电子设备。WSH600-4/380C12F型功率单元采用 4 只 1200V/600A的 IGBT模块并联构成单相桥臂， 适合应用在交流输出为 380V， 直流母线电压 <900V的 AC/DC或 DC/AC的功率变换场合。 容量方面， 与用户的设计参数选择有关， 主要取决于开关器件的损耗， 典型应用： 500kW光伏逆变器。二、技术特点1) 快速的过流保护。在发生短路和过载的情况时，内部 IGBT将被软关断，同时向控制端发出故障信号。2) 可靠的过热保护。过热保护电路检测靠近 IGBT 芯片基板上的热敏电阻，当基板过热时，过热保护电路关断门极驱动，并输出故障信号。3) 抗干扰能力强。驱动电路紧靠 IGBT，布局合理，减少各部分引入干扰的机会。 功率平台的输入驱动使用光纤接口， 有效避免驱动信号传输过程中引入干扰。4) 驱动电源欠压保护。 当驱动电源低于 15V时， 会造成驱动能力不够，增加导通损耗。功率平台保护回路检测驱动电源，当低于 15V超过 10us 时，关断驱动信号，并输出故障信号。5) 均流效果好。 低压功率平台采用对称的叠层母排设计， 有效地减小了回路的杂散电感， 并依靠其对称的驱动电路， 减小并联模块产生的电流动态不均流和静态不均流。6) 散热性能优异。 低压功率平台经过专业优化散热设计， 在散热方面具备最佳效果。三、技术指标型号 WSH600-4/380C12F 拓扑结构 半桥冷却方式 强制风冷应用领域 工业领域，电力电子设备接口方式 光纤 +电气连接功率器件 FF600R12ME4 单只散热器 IGBT并联数量 4 pcs 辅助电源电压 DC 15V 散热风机电压 交流 220V 交流侧额定电压 270V/380V 额定交流电流 ( 有效值 ) AC 900A ( 工作条件： Vdc=850V， Vac=380V@50Hz，功率因数 0.99 ， 4kHz 开关频率， 1.1倍过载 60 秒 ) 直流母线电压 ≤ 900V 使用环境温度 -20 ℃到 40℃四、外形尺寸及接口定义WSH600-4/380C12F型功率单元外形尺寸如下图所示：控制接口定义如下表所示：位号 功能 封装 管脚定义 说明J1 外部电源接口 P101-2 插座 Pin 1: GND 外部电源功率不小于 10W Pin 2 ： +15V J3 IGBT1 温度检测 CON/XH-2.54-2F Pin 1: GND Utout=2.5mA*R_NTC，R_NTC为 IGBT内部温度电阻值，见器件规格书Pin 2: UT1out J5 IGBT2 温度检测 CON/XH-2.54-2F Pin 1: GND Pin 2: UT2out J7 IGBT3 温度检测 CON/XH-2.54-2F Pin 1: GND Pin 2: UT3out J9 IGBT4 温度检测 CON/XH-2.54-2F Pin 1: GND Pin 2: UT4out T1 上桥臂控制信 号 INA Agilent HFBR2521 Pin 1: INA 高电平有效Pin 2: GND Pin 3: +5V Pin 4: NC T2 下桥臂控制信 号 INB Agilent HFBR2521 Pin 1: INB 高电平有效Pin 2: GND Pin 3: +5V Pin 4: NC T3 IGBT故障输出信号 Agilent HFBR1521 Pin 1: +15V Pin 2: 故障输出 SO Pin 3: NC Pin 4: NC T4 IGBT过温输出 Agilent HFBR1521 Pin 1: +15V Pin 2: Fault_T 保护温度 110° C Pin 3: NC Pin 4: NC 五、容量选择与功耗计算WSH600-4/380C12F功率单元的损耗与母线电压、 交流输出电压电流、开关频率、控制方式等有关。以单相逆变桥为例，当采用 SPWM控制方式时， IGBT及其反并联二极管的损耗计算公式为：IGBT导通损耗：)318(cos)4(21sin121sin)sin(21)()(21202000)(,cpcpCEcpcpCEcpcpCEOtIGBTCEIGBTcondIrIVmIrIVdttmtItIrVdtDtitVP二极管导通损耗：)318(cos)4(21sin121sin)sin(21)()(21202000)(,cpTcpTcpTcpTcpcpCEOtdiodeCEdiodecondIrIVmIrIVdttmtItIrVdtDtitVPIGBT开关损耗：nomcpnombusoffonswIGBTsw IIUVEEfP .)(1,二极管开关损耗：nomcpnombusrecswDiodesw IIUVEfP .1,其中：tmD tIGBT sin121)( —— IGBT的导通占空比tmDD tIGBTtdiode sin1211 )()( ——二极管的导通占空比busVVm min2 ——调制比cpI ——电路实际峰值电流swf ——开关频率0CEV —— IGBT导通压降，器件自身参数，由厂家提供；r —— IGBT饱和电阻值，器件自身参数，由厂家提供；0TV ——二极管导通压降，器件自身参数，由厂家提供；Tr ——二极管饱和电阻值，器件自身参数，由厂家提供；offon EE , —— IGBT开通和关断损耗，由厂家按照测试条件给出；recE ——二极管恢复损耗cos ——负载功率因数以下列工作条件计算：Vdc=850V， Vac=380V/900A@50Hz，功率因数 0.99 ， 4kHz 开关频率， 1.1 倍过载 60 秒，代人 FF600R12ME4的各项参数，可得：额定工况 过载工况单只 IGBT开关损耗（ w） 122 136 单只 IGBT导通损耗（ w） 88 102 单只二极管开关损耗（ w） 32 35 单只二极管导通损耗（ w） 25 28 单模块总损耗（ w） 534 602 功率单元总损耗（ w） 2136 2408 应用中，可以根据实际情况调整开关频率等参数以满足不同的产品要求。 （更高的开关频率可以减少电磁元件的体积，降低其成本，但相应的 IGBT 成本会增加，反之亦然，取决于系统设计时对不同产品差别的考虑。 ）