Частота коммутации

На рис.3.2 представлены измеренные характеристики включения и выключения силового MOSFET и IGBT модуля для определенной рабочей точки.

Кроме характеристик v_DS или v_СЕ и i_D или i_C, также можно определить мгновенную рассеиваемую мощность p(t) при умножении значений мгновенного тока и напряжения; интеграл от p(t) отображает общие потери MOSFET или IGBT за весь период.

Для определения общей рассеиваемой мощности силового модуля, нужно добавить потери в обратном диоде (диодах) внутри модуля к потерям в транзисторе, см.п. 3.2.1.

Рис. 3.2. Измеренные характеристики коммутации (жесткое включение и выключение на активно-индуктивную нагрузку):
а) силовой MOSFET модуль;
b) IGBT модуль

Для пояснения особенностей характеристик тока и напряжения, см. комментарии к рис.1.11 в п. 1.2.3.

Активные границы частоты коммутации устанавливаются потерями при коммутации, потому что они возрастают пропорционально с частотой.

Другие ограничения могут устанавливаться временами задержки включения и выключения транзистора, временем обратного восстановления диодов, выходной мощностью драйвера, которая возрастает пропорционально частоте, минимальным временем включения, выключения или зоной нечувствительности драйвера, блокировкой, измерением, защитой или функциями контроля, см.п. 3.5.1...3.5.4.

Если потери коммутации сдвигаются на пассивные цепи (снабберы) или перенапряжения ограничиваются снабберами, требуемое время разряда таких цепей после коммутации с малыми потерями можно рассматривать как мертвую зону, см.п. 3.6 и 3.8.

Время коммутации MOSFET и IGBT модулей лежит в пределах от 10 нс до 100 нс. Особенно при работе с высокими напряжениями и при жесткой коммутации теоретически достигаемую максимальную частоту коммутации нельзя использовать в большинстве случаях, так как максимальная частота переключения часто определяется:

• скоростью выключения, ограниченной допустимым напряжением коммутации и
• скоростью включения, ограниченной допустимым импульсным током (ток нагрузки + ток обратного восстановления диодов, зависящий от di/dt).

Кроме того, значения dv/dt и di/dt транзистора, которые имеют большую крутизну в диапазоне больших мощностей, могут вызвать электромагнитные помехи и проблемы при определенных нагрузках (двигателях). Поэтому, оптимальный компромисс между требованиями, необходимыми для работы (например, частота выше диапазона слышимости), временем/потерями коммутации, рассеиваемой мощностью и требованиями к электромагнитной совместимости нужно найти для определенной частоты коммутации и временем переключения.

Вот стандартные значения частот коммутации стандартных модулей, при обеспечении оптимального технического использования:

На более высоких частотах можно использовать модули специально для этого разработанные.