HybridPACK 2模块在一体式充电-逆变器中的应用

HybridPACK 2模块在一体式充电-逆变器中的应用

　　2. 计算与模拟

　　2.1. 门极驱动器的计算

　　一般情况下，可以根据式(1)计算门极电阻产生的功率损耗：

　　Pdis= PRgext+ PRgint= Vout×fS×Qge(1)[2]

　　Rgext表示外部门极电阻，Rgint表示内部门极电阻，内部电阻值为0.5Ω[3]。如果Vge等于+/-15V，则功率损耗应为30V * 30 kHz * 8.6μC = 7.74W。根据驱动板的效率，开关6个IGBT的驱动板的总功耗至少需要50W。

　　可根据式(2)计算每个IGBT的外部门极电阻的功耗：

　　PRgext= Pdis* Rgext/(Rgext+ Rgint)(2)

　　如果Rgext为2.5Ω，则外部门极电阻的功耗应为 7.74*2.5/ (2.5+0.5) = 6.45W。相对驱动板的尺寸而言，这个功耗较高。因此我们需要尽可能地减少功耗。可以通过降低Vge电压减少功耗。但根据数据手册，开通电压与导通损耗相关，因此不能降低太多。

　　因此我们将开通电压设置在14V左右。将关断电压设置为-7V。此时可将数据手册的数值乘以0.7计算得出Qge的近似值，即Qge= 6.02μC。驱动电路的总功率为21V * 30 kHz * 6.02μC = 3.79W。所选的外部门极电阻越小，则驱动电路产生的功率也越小。但较小的门极电阻可降低RBSOA(反向偏压安全工作区)，而较大的门极电阻将增加开关损耗，如图3所示[2][3]。最后折衷使用2.7Ω的外部门极电阻。此时2.7Ω门极电阻的功耗为 2.7 / (2.7 + 0.5) * 3.79W = 3.20W。

图3：HybridPACK2的RBSOA和开关损耗

　　2.2. IGBT模块的热仿真

　　仿真采用直流斩波模式，因为它比SVPWM或SPWM模式更苛刻，而且该模式近似于升压/降压转换器应用。最大直流总线电压为420V，因为xEV电池充电时所需的最大电压为420V。流量设置为10升/分钟，冷却温度为65℃。冷却液为50%水加50%乙二醇。图4显示仿真结果。在30 kHz频率下，开关HybridPACK2将导致结温上升至133℃，输出电流达100A。足够电动汽车/混合动力汽车(EV/HEV)的电池进行充电。

图4：Tj 对比输出电流的模拟结果