功率模块选型设计

DC/DC模块电源以其体积小巧、性能卓异、使用方便的显着特点，在通信、网络、工控、铁路、军事等领域日益得到广泛的应用。

怎样正确合理地选用DC/DC模块电源呢，笔者将从DC/DC模块电源开发设计的角度，谈一谈这方面的问题，以供广大系统设计人员参考。

DCDC的意思是直流变（到）直流（不同直流电源值的转换），只要符合这个定义都可以叫DCDC转换器。

具体是指通过自激振荡电路把输入的直流电转变为交流电，再通过变压器改变电压之后再转换为直流电输出，或者通过倍压整流电路将交流电转换为高压直流电输出。

1 电源模块选择需要考虑的几个方面额定功率封装形式温度范围与降额使用隔离电压功耗和效率2 额定功率一般建议实际使用功率是模块电源额定功率的30～80%为宜（具体比例大小还与其他因素有关，后面将会提到。

），这个功率范围内模块电源各方面性能发挥都比较充分而且稳定可靠。

所有模块电源均有一定的过载能力，但是仍不建议长时间工作在过载条件下，毕竟这是一种短时应急之计。

3 封装形式DC/DC变换器的外形尺寸和输出形式差异很大。

小功率产品采用密封外壳，外形十分纤小；大功率产品常采用quarter-brick 或half-brick的形式，电路或暴露，或以外壳包裹。

在选择时，需要注意以下两个方面：第一，引脚是否在同一平面上；第二，是否便于焊接。

SMT 形式的变换器必须要符合IEC191-6:1990标准的要求，该标准对SMT器件引脚的共面问题做出了严格限定。

如果变换器不能满足这个要求，就需要为其设计专门的焊接装配工艺，这会增加装配时间，提高生产成本。

模块电源的封装形式多种多样，符合国际标准的也有，非标准的也有，就同一公司产品而言，相同功率产品有不同封装，相同封装有不同功率，那么怎么选择封装形式呢？主要有三个方面：① 一定功率条件下体积要尽量小，这样才能给系统其他部分更多空间更多功能；② 尽量选择符合国际标准封装的产品，因为兼容性较好，不局限于一两个供货厂家；③ 应具有可扩展性，便于系统扩容和升级。

文章编号：CAR216变频空调智能功率模块自举电路设计过程中的若干关键问题研究宋洪强 范永盛 陆汉宁（海信科龙空调有限公司）摘 要 介绍了家用变频空调中用于压缩机驱动的智能功率模块自举电路的基本拓扑结构和原理。

在理论分析的基础上，对外部门极电阻、自举电阻、自举二极管和自举电容的选型方法进行了研究和探讨，并围绕电路的可靠性和适应性对各关键器件的参数进行了优化。

为了避免自举电容初始充电时的电流冲击，文章给出了优化的初始充电方法。

实验测试表明经过优化的自举电路具有较高的可靠性和较好的适应性。

关键词 自举电路 自举电阻 自举二极管 自举电容 外部门极电阻0 引言当前，智能功率模块（Intelligent Power Module：IPM）已经广泛应用于家用变频空调压缩机驱动电路中。

IPM 模块通过将功率器件、驱动电路和保护电路高度集成在一块很小封装基板上，在大大简化了压缩机驱动电路复杂性的同时有效提高了电路的可靠性。

为了简化设计，驱动电路已普遍采用单控制电源方案。

这样既要保证控制电源能够为P 侧功率器件提供正确的门极偏置电压又要保证直流母线上的高压不致串到控制电源电路而烧坏元器件。

能够实现这一目的的方法很多，本文将重点讨论自举电路法。

1 IPM 模块自举电路基本拓扑结构和原理如图1所示，IPM 模块自举电路仅由自举电阻BS R 、自举二极管BS D 和自举电容BS CE 组成，因此简单可靠。

电路基本工作过程为：当V S 因为下桥臂功率器件导通被拉低到接近地电位GND 时，控制电源V CC 会通过BS R 、BS D 和E R 给自举电容BS CE 充电，充电回路如图1所示。

当上桥臂导通时V S 上升到直流母线电压，自举二极管BS D 反向截止从而将直流母线电压与V CC 隔离，以防止直流母线侧的高压串到控制电源低压侧而烧坏元器件。

此时BS CE 放电以给上桥臂功率器件的门极提供驱动电压。

当V S 再次被拉低时，BS CE 将再次通过V CC 充电以补充上桥臂导通期间BS CE 上损失期间BS CE 上损失的电压。

目录一.总体概况 (2)1.智能配电系统 (2)2.列间空调 (5)3.动环监控系统 (9)4.U位实时管理 (19)5.机柜 ................................................................................................................................. 错误!未定义书签。

6.PDU (20)8.端门组件 (21)9.柜顶走线槽 (22)一.总体概况机房微模块系统主要由机柜、通道门、天窗、线槽等组成，内部集成行级空调、配电柜、环境监控设备，具有手/自动门、消防联动、顶部走线等功能部件。

各部件采用一体化设计，确保相互之间无缝衔接。

通道宽度为1200mm，天窗翻转后通道高度为2450mm。

为确保系统的正常运行，机房净高建议≥2600mm；1.智能配电系统1.1.主要技术指标1、断路器：断路器采用施耐德的产品。

塑壳断路器采用电子式脱扣器，具备长延时、短延时、瞬时电流保护的现场整定功能，配辅助和告警结点，分离脱扣按图纸要求配置。

额定短路分断能力不小于50kA；其中63A及以下采用小型断路器(MCB)，＞63A采用塑壳断路器(MCCB)。

2、输入额定工作电压：380VAC；三相五线3、输出：三相五线或单相三线，220/380V；50Hz；4、额定冲击耐受电压峰值：8kV；5、液晶面板能够显示系统的电气参数有：主开关的电压、电流、频率、功率因素、电量等电参数；6、智能配电柜具备中国质量认证中心颁发的低压配电柜CCC证书；7、铜排采用T2紫铜，镀亮镍处理，并套不同颜色热缩套管；8、按模块化设计：A路（UPS1）、B路（UPS2）、市电供电模式，可参见附件布置图。

9、配置防雷器，具有防雷器故障报警功能，配电柜金属壳体和隔板等元件可靠连接，配电柜金属壳体设置接地螺栓及标志；10、配置智能电量仪，用于集中监测主开关的电压、电流、频率、功率因素、电量等电参数；实现系统的网络化监控；11、智能电量仪需具有远程通讯监控接口（RS-232或RS-485）、MODBUS 标准协议，可接入动环监控系统；1.2.柜体外观结构要求1、柜体外形：柜前操作，配门锁，正面侧有二次防护面板。

IGBT模块选型参考1．IGBT模块的功率损耗IGBT关断截止时，I(t)≈o，损耗的功率可忽略。

为了便于分析，将损耗分为导通损耗和开关损耗。

另外，开关损耗也可分为两类：具有理想二极管时IGBT的开关损耗和考虑二极管反向恢复时间时IGBT的开关损耗。

IGBT导通时，如果电流为方波脉冲，那么导通能量就等于电流、电压降和导通时间三者之积。

IGBT在任意电流和温度时的最高电压降，根据数据表提供的数据，可按以下两步得到：首先，从IGBT集电极发射极饱和电压与壳温的关系曲线上找出能满足所需电流的集电极发射极饱和电压。

然后，为了得到最大压降，在给定结温下从该曲线上得出的电压降必须乘以电气特性表中给出的最大值与典型值之比。

如果栅极驱动电压不是15V，最大压降值还需要些修正，修正系数可参考器件公司的IGBT设计手册。

如果电流不是方波脉冲，导通损耗只能用积分计算。

这样必须建立电流波形和电压降的数学表达式，这些函数关系可参考器件公司的IGBT设计手册。

在负载为电感的电路中，开关导通引起续流二极管反向恢复，同时开关器件中产生很大的电流尖峰，从而使IGBT和续流二极管的开关损耗增加。

考虑到二极管反向恢复引起的开关损耗，IGBT总的开关损耗可由下式给出：Po = Pss + Psw式中：Esw(on)为每一个脉冲对应的IGBT开通能量（在tj= 125℃、峰值电流Icp条件下）；Esw(off)为每个脉冲对应的IGBT关断能量（在tj=125℃、峰值电流Icp条件下）；Psw为变频电源每臂的PWM开关功率；Icp为正弦输出电流的峰值；Uce(sat)为IGBT的饱和电压降(在Tj= 125℃、峰值电流Icp条件下)；Fsw为开关频率；D为PWM信号占空比；θ为输出电压与电流之间的相位角（功率因数为cosθ）。

2．IGBT模块参数的选择IGBT已广泛应用于20KHz的硬开关变换器及频率更高的软开关变换器中。

通常情况下，选择IGBT模块的参数时应考虑以下几个方面的因素。

光伏并网逆变器及其拓扑结构的设计对于传统电力电子装置的设计，我们通常是通过每千瓦多少钱来衡量其性价比的。

但是对于光伏逆变器的设计而言，对最大功率的追求仅仅是处于第二位的，欧洲效率的最大化才是最重要的。

因为对于光伏逆变器而言，不仅最大输出功率的增加可以转化为经济效益，欧洲效率的提高同样可以，而且更加明显。

欧洲效率的定义不同于我们通常所说的平均效率或者最高效率。

它充分考虑了太阳光强度的变化，更加准确地描述了光伏逆变器的性能。

欧洲效率是由不同负载情况下的效率按照不同比重累加得到的，其中半载的效率占其最大组成部分。

因此为了提高光伏逆变器的欧洲效率，仅仅降低额定负载时的损耗是不够的，必须同时提高不同负载情况下的效率(图1)。

图 1: 欧洲效率计算比重1、功率器件的选型在通用逆变器的设计中，综合考虑性价比因素，IGBT是最多被使用的器件。

因为IGBT导通压降的非线性特性使得IGBT的导通压降并不会随着电流的增加而显著增加。

从而保证了逆变器在最大负载情况下，仍然可以保持较低的损耗和较高的效率。

但是对于光伏逆变器而言，IGBT的这个特性反而成为了缺点。

因为欧洲效率主要和逆变器不同轻载情况下效率的有关。

在轻载时，IGBT的导通压降并不会显著下降，这反而降低了逆变器的欧洲效率。

相反，MOSFET的导通压降是线性的，在轻载情况下具有更低的导通压降，而且考虑到它非常卓越的动态特性和高频工作能力，MOSFET成为了光伏逆变器的首选。

另外考虑到提高欧效后的巨大经济回报，最新的比较昂贵的器件，如SiC二极管，也正在越来越多的被应用在光伏逆变器的设计中，SiC肖特基二极管可以显著降低开关管的导通损耗，降低电磁干扰。

为了得到最大输入功率，电路必须具备根据不同太阳光条件自动调节输入电压的功能，最大功率点一般在开环电压的70%左右，当然这和具体使用的光伏电池的特性也有关。

典型的电路是通过一个boost电路来实现。

然后再通过逆变器把直流电逆变为可并网的正弦交流电。

驱动1700VIGBT的几种高性能IC选型设计驱动1700 V IGBT的几种高性能IC选型设计1 引言电力电子变换技术的发展，使得各种各样的电力电子器件得到了迅速的发展。

20世纪80年代，为了给高电压应用环境提供一种高输入阻抗的器件，有人提出了绝缘栅双极晶体管（IGBT）[1]。

在IGBT中，用一个MOS门极区来控制宽基区的高电压双极型晶体管的电流传输，这就产生了一种具有功率MOSFET的高输入阻抗与双极型器件优越通态特性相结合的非常诱人的器件，它具有控制功率小、开关速度快和电流处理能力大、饱和压降低等性能。

在中小功率、低噪音和高性能的电源、逆变器、不间断电源（UPS）和交流电机调速装置的设计中，是目前最为常用的一种器件。

2 关于IGBT的驱动特性分析为了提高系统的可靠性，功率器件的驱动电路也在不断的发展，相继出现了许多的专用驱动集成电路。

IGBT的触发和关断要求给栅极和发射极之间加上正向电压和负向电压，栅极电压可由不同的驱动电路产生。

当选择这些驱动电路时，必须基于以下的参数来进行：器件的关断偏置的要求、栅极电荷的要求、耐固性要求和电源的情况。

图1为一典型的IGBT驱动电路原理示意图。

因为IGBT栅极-发射极阻抗大，故此可使用MOSFET驱动技术进行开通，不过由于IGBT的输入电容较MOSFET为大，IGBT的关断偏压应该比许多MOSFET驱动电路提供的偏压更强。

对IGBT驱动电路的一般要求[2,3]：1）栅极驱动电压：IGBT开通时，正向栅极电压的值应该足够令IGBT产生完全饱和，并使通态损耗减至最小，同时也应限制短路电流和它所带来的功率应力。

在任何情况下，开通时的栅极驱动电压，应该在15～20 V之间。

当栅极电压为零时，IGBT处于断态。

但是，为了保证IGBT在集电极-发射极电压上出现d v/d t噪声时仍保持关断，必须在栅极上施加一个反向关断偏压，采用反向偏压还减少了关断损耗。

反向偏压应该在-5～-15V之间。

海洋平台电潜泵变频控制系统现场总线选型软件程序开发Fieldbus Selection Software For Frequency Conversion Control System Of Electric Submersible Pump On Offshore Platform 发布时间：2021-07-09T16:48:40.947Z 来源：《当代电力文化》2021年3月第7期作者：袁媛[导读] 变频配电系统是海上钻采平台提高采收率的重要环节袁媛（中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司天津 300452）摘要：变频配电系统是海上钻采平台提高采收率的重要环节。

变频控制柜内部包含逆变整流模块、进线电抗器、输出滤波器、断路器等功率器件，同时包含PLC、PROFIBUS-DP通讯卡、CI通讯卡、COM通讯卡、CANOPEN通讯卡等数据采集传输配件。

PLC与通讯卡配合，将变频功率模块数据传输到触摸屏、中央控制柜及平台中控系统，使数据依据存储地址有序共享。

中央控制系统按照PROFIBUS、TCP/IP或CANOPEN等通讯协议进行数据采集、分析及发送控制命令等工作。

因各平台中央控制现场总线的通讯协议不同，控制柜内PLC的型号差异，变频功率模块接口不尽相同，导致变频控制系统工业现场总线的选型工作非常繁琐。

本文设计了一种总线选型软件，输入功率模块型号及中央控制系统通讯方式后可自动生成总线选型清单，极大方便了总线选型的工作，提高了选型的准确性。

关键字：PROFIBUS-DP、海洋平台中控系统、C程序开发一、硬件系统分析海洋平台潜油电泵变频控制系统依靠现场总线传输方式，、PLC、触摸屏等设备作为控制网络上的一个节点。

依据总线传输协议，以内存寻址的方式传输数据。

总线可传输井口变频器、中央控制柜的运行状态、参数值、故障信息、维护指令等信号。

总线传输方式不需要传统集散控系统的模/数或数/模传转换卡件。

电潜泵变频控制系统采用现场总线传输方式，可以几月卡件等硬件器件、节约线缆、节省维护费用。