【产品】高效、低成本、较好的EMC特性的PIM模块

2017-11-02 Vincotech(世强编辑整理)

电力电子设计师不断寻求创新灵活的解决方案,以满足业界对EMC、小尺寸和低系统成本的苛刻要求。对于EMC提出的主要挑战,flow7PACK系列是一款非常灵活和方便的解决方案。本文研究了典型的工业应用,变频驱动器,以说明flow7PACK模块如何满足上述要求。


通过直流链路电抗器抑制谐波


变频驱动器在工业应用中已经被认可多年,因为它们提供了精确的过程控制。大多数变频驱动器与桥式整流器一起工作,将来自电网的输入交流电压转换为直流电压,如图1所示。然后,驱动器的逆变器部分将直流电压转换成受控的交流电压并在启动和停止电机时控制频率,确定其旋转方向,并调节转速和转矩。当电机减速时,它将能量送回到中间回路中。在这种情况下,制动斩波器通过将制动能量馈送到电阻器来限制直流总线电压,并将其转换为热量。所有这些驱动功能可以并入一个称为功率集成模块的单个功率模块中。


图1 交流链路电抗器嵌入PIM功率模块的整流器前部


变频驱动器的缺点是电子工程师必须应对EMI(电磁干扰)问题。考虑到用于此目的的AC/DC整流器的性质,所有驱动器在系统内都将产生谐波。如果这些谐波没有得到缓解,后果是十分可怕的。电气系统可能过载,系统可能会发生故障,设备也可能过早失效。有许多方法来减轻谐波, EMI滤波器,也称扼流圈或线路电抗器,是最常见的解决方案之一。用于减少谐波的电抗器可以从两个位置添加到变频驱动器中。


交流线路电抗器插入到变频驱动器的输入端,与输入线路串联。它有助于减轻谐波,并且因为它位于线路和驱动器之间,所以能够缓冲浪涌和其他瞬变。交流线路电抗器的最大缺点是存在插入电压降。在输入电压不稳定的系统中,可能导致欠压跳闸。该电压降还会导致直流母线电压降低,并对驱动器的输出产生不利影响。此外,交流电抗器通常比直流电抗器更大、更昂贵。改进此缺点的一种方法是使用如图2所示的直流链路电抗器。直流链路电抗器连接在二极管和直流总线之间,与交流线路电抗器相比,可以稍微减少或稍微更有效地去除谐波,具体取决于谐波顺序。直流链路电抗器通常比交流电抗器更小,它们增加了减少谐波所需的阻抗,而不会产生电压降。虽然直流扼流圈不会像整流器那样为电压浪涌增加任何额外的缓冲,但它确实可以防止电流浪涌。


图2 直流链路电抗器嵌入整流器和flow7PACK之间


交流线路电抗器和直流链路电抗器各有其优点和缺点。工程师必须权衡这些优缺点,并为给定的应用选择最佳替代方案。这两种解决方案都有助于使驱动器更可靠,符合EMC标准。交流线路电抗器为整流二极管提供了一些保护,避免了由雷电浪涌或功率因数电容器开关引起的瞬态电压尖峰,而直流线路电抗器则不具备这些作用。另一方面,直流线路电抗器不会导致输入整流二极管的电压下降,但是交流线路电抗器会。总而言之,直流链路电抗器的最大优势是价格更低,它仅具有交流线路电抗器一半甚至三分之一的价格,而具有与其同等的谐波抑制能力。


flow7PACK功率模块正是为支持此选项而开发的。工程师可以将直流链路电抗器用于flow7PACK中,利用其具有成本效益的解决方案,满足苛刻的EMC标准。只要整流器功率模块和flow7PACK功率模块之间的距离在合理范围内,如下图3所示,这种物理分离将自动解耦位于输入和输出之间的散热器。


图3


flow7PACK产品线


上一节描述了可将直流链路电抗器用于flow7PACK实现变频驱动器中的谐波抑制,其中新的flow7PACK模块可以作为完全集成的PIM模块实现更灵活和更具成本效益的替代方案。 flow7PACK功率模块配有比PIM功率模块(如flowPIM产品线)更多的组件。具体来说,它们具有如图4所示的三相逆变桥和制动斩波器。制动斩波器用于在制动能量流回电路的情况下限制直流总线电压。逆变器被设计为在低边开关中具备开放发射极结构,因此可以连接三个外部分流电阻,以提供一种简单、经济有效的感应电流的方法。当flow7PACK模块采用flow0和flow1封装,并且不带基板时能够满足广泛的应用需求;当它采用带基板和最新芯片技术的flow2封装时,能够被设计用于更高额定功率值。由于所有这些功能都融入到了紧凑型低电感设计中,这些功率模块能够提供出色的功率输出性能。在直流链路电压为600 V(Tj=150℃,cosφ=0.8)和开关频率为8 kHz的典型变频驱动应用中,它们可以实现高达60 kW的输出功率和97.5%的效率。所有三个封装能够实现的最大效率超过98.2%。


图4 不同封装外形以及内部电路框图


表1 变频驱动应用中三种封装模块能够实现的输出功率和效率


flow7PACK功率模块配有焊接引脚或压接引脚。后者不需要焊接,这大大降低了PCB组装时间和精力,以加速生产和提高效率。模块的爬电距离和间隙距离符合所有相关行业标准。它对散热片的形状没有特殊要求。通过预涂相变材料,模块和散热器之间的热互连大大提高。内部丝网印刷工艺均匀地涂抹材料,并以极高的精度达到合适的厚度和最大的散热能力。


本文概述了电力设计人员如何在典型的变频驱动应用中使用结合了直流链路电抗器的flow7PACK功率模块进行谐波抑制,这确实是一种灵活和具有成本效益的方法。基于flow7PACK功率模块的上述解决方案也可用于当前正在进行评估的其它电机驱动应用。


技术顾问:Jerry


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  • Beyond Lv3 . 高级工程师 2018-06-12
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  • 空格 Lv3 . 高级工程师 2018-03-08
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    很不错的技术文!
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