三相调制逆变威廉希尔官方网站 的基本工作

本文的关键要点

• 在逆变威廉希尔官方网站 工作时，会产生体二极管的反向恢复电流。

• 反向恢复时间和反向恢复电流过大会导致损耗增加，这对于逆变威廉希尔官方网站 而言是一个不利因素。

• 通过使用反向恢复时间和反向恢复电流峰值小的MOSFET，可以减少逆变威廉希尔官方网站 中的损耗，降低MOSFET损坏的风险。

本文将为您介绍第二个主题“三相调制逆变威廉希尔官方网站 的基本工作”。在上一主题中已经提到过，从本文开始我们将以电机驱动中常用的“正弦波驱动（三相调制）方式”为例进行讲解。

• 逆变威廉希尔官方网站 的种类和通电方式

• 三相调制逆变威廉希尔官方网站 的基本工作

• 通过双脉冲测试比较PrestoMOS与普通SJ MOSFET的损耗（实际测试结果）

• 通过三相调制逆变威廉希尔官方网站 比较PrestoMOS与普通SJ MOSFET的效率（仿真）

三相调制逆变威廉希尔官方网站 的基本工作

图1为U相的三相调制逆变威廉希尔官方网站 时序图。由于在U相呈正极性时High Side（Q1）会进行励磁，因此栅极驱动信号的占空比会随着接近U相电流峰值而逐渐增加，随着接近负极性而逐渐减小，并在U相呈负极性时进行续流。当U相呈负极性时则相反，Low Side（Q2）会进行励磁，并在U相呈正极性时续流。

在这种驱动模式下，V相和W相也执行同样的PWM工作和续流工作，因此具有三相在AC输出的任何时间点均可进行切换的特点，称之为“三相调制”。

各开关时间点的占空比D(t)可以使用逆变器输出AC频率f和相位差θ，通过以下公式表示：

图1. 三相调制逆变器（U相）的时序图

其中，Dmax是AC输出峰值时的占空比，被称为“调制因数”。

图2为U相电流峰值附近（正极性）的U相电流波形和各相晶体管（Q1/Q2、Q3/Q4、Q5/Q6）的栅极驱动波形。

图2. U相电流巅峰值附近的各开关（Q1~Q6）栅极驱动波形

下面我们将U相电流峰值附近用来在电感器中积蓄能量的励磁开关——U相High Side（Q1）从ON到OFF再到ON的区间，分为（1）～（13）个工作模式分别进行说明。下面的图表示从U相看的电流路径变化。

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Mode（1）

• Q1、Q4、Q6为ON，Q2、Q3、Q5为OFF。

• Q4和Q6的漏极电位变为0V。

• Q2的漏极电位变为Vin，U相电感器LU被施加Vin电压。

• 励磁电流流过LU，使LU中积蓄电能。

Mode（2）

• Q1、Q6为ON，Q2、Q3、Q4、Q5为OFF。

• Q6的漏极电位继续保持0V状态。

• 在被LU的励磁电流励磁过的LV中，续流电流因Q4 OFF而经由Q3的体二极管流过LV。

• 由于该续流电流和流向LW的励磁电流，LU中会流过励磁电流和续流电流。

Mode（3）

• Q1、Q3、Q6为ON，Q2、Q4、Q5为OFF。

• Q6的漏极电位继续保持0V状态。

• Q3 ON，流经Q3体二极管的续流电流会流过Q3的通道，从而实现同步整流工作。

• LU中继续流过励磁电流和续流电流。

Mode（4）

• Q1、Q3为ON，Q2、Q4、Q5、Q6为OFF。

• 在被LU的励磁电流励磁过的LW中，续流电流因Q6 OFF而经由Q5的体二极管流过LW。

• 这样，LV和LW变为续流状态，该续流电流的合成电流使流过LU的电流得以保持。

Mode（5）

• Q1、Q3、Q5 为ON，Q2、Q4、Q6 为OFF。

• Q5 ON，流经Q5体二极管的续流电流会流过Q5的通道，从而实现同步整流工作。

• 此时，LV和LW继续保持续流状态，流过LU的电流得以保持。

Mode（6）

• Q1、Q3为ON，Q2、Q4、Q5、Q6为OFF。

• 首先，Q5 OFF，使续流电流再次流经Q5的体二极管，并通过与Mode（4）相同的电流路径流动。

Mode（7）

• Q1、Q3、Q6为ON，Q2、Q4、Q5 为OFF。

• Q6再次ON，使Q6的漏极电位被下拉至0V。

• 通过拉低Q6的漏极电位，LU引脚间再次被施加Vin电压。

• 电流路径变为与Mode（3）相同的路径，LU中流过续流电流和励磁电流。

Mode（8）

• Q1、Q6为ON，Q2、Q3、Q4、Q5为OFF。

• Q3再次OFF，使续流电流流过Q3的体二极管。

• 电流路径变为与与Mode（2）相同的路径，LU中继续流过续流电流和励磁电流。

Mode（9）

• Q1、Q4、Q6 为ON，Q2、Q3、Q5 为OFF。

• Q4再次OFF，使Q4的漏极电位被下拉至0V。

• 电流路径变为与Mode（1）相同的路径，不再流过续流电流。

• LU、LV、LW变为励磁状态，很大的励磁电流再次流过LU，并将电能积蓄在LU中。

Mode（10）

• Q4、Q6为ON，Q1、Q2、Q3、Q5为OFF。

• Q1 OFF，使流过LU的励磁电流停止流动。

• 此时，由于LU中积蓄着电能，因此续流电流会经由Q2的体二极管流动。

Mode（11）

• Q2、Q4、Q6为ON，Q1、Q3、Q5为OFF。

• Q2 ON，使流经Q2体二极管的续流电流流过Q2的通道，从而实现同步整流工作。

• 续流电流由于LU中积蓄的电能而继续保持流动。

Mode（12-1）

• Q4、Q6为ON，Q1、Q2、Q3、Q5为OFF。

• Q2 OFF，使续流电流再次流过Q2的体二极管。

• 续流电流由于LU中积蓄的电能而继续保持流动。

Mode（12-2）

• Q4、Q6为ON，Q2、Q3、Q5为OFF。

• Q1从OFF状态变为ON状态的模式（Mode）。

• 由于Q1会在Q2体二极管续流期间导通（ON），因此会在Q1的通道和Q2的体 二极管中产生反向恢复电流。

• 该反向恢复电流会导致导通时产生开关损耗。

• 反向恢复电流结束流动后，会进入Mode（13）。

Mode（13）

• Q1、Q4、Q6 为ON，Q2、Q3、Q5 为OFF。

• 当反向恢复电流结束流动时，电流通过与Mode（1）相同的路径流动。

• 由于励磁电流流过LU，因此电能再次被积蓄在LU中。

通过这样的工作过程，会产生Mode（12-2）中那样的体二极管反向恢复电流。Q1～Q6都会产生该体二极管的反向恢复电流，因此对于逆变威廉希尔官方网站 而言，反向恢复特性的好坏非常重要。该反向恢复电流的不良影响如下：

●当反向恢复电流（峰值电流）较大时

例如像Mode（12-2）所示，当Q1导通时，会流过Q2的反向恢复电流。如果反向恢复电流峰值Irr较大，则Q1中将流过过大的电流。此时，如果超过MOSFET的额定值（如果电流密度变大），漏极-源极之间将发生短路，处于桥臂短路状态，可能会导致Q1和Q2的MOSFET损坏。

●在反向恢复时间较长的情况下

流过体二极管的反向恢复电流时，在Mode（12-2）下，当Q2的体二极管导通时，Q1的漏极和源极之间将被施加Vin量的电压。此时的导通开关波形如图3所示。

图3.MOSFET导通波形（L负载工作时）

反向恢复时间trr越长，导通时Q1的漏极电流ID(t)流动的时间越长，在漏极和源极之间施加电压VDS(t)的时间越长。此时的开关损耗PSW通过下列公式来表示（TS为1个开关周期）。

从公式（2）可以看出，损耗能量EON是ID(t)和VDS(t)的积乘以时间所得到的面积分，可见，反向恢复越慢，开关损耗越大。在逆变威廉希尔官方网站 中，流过电感器的电流会变为正弦波状，因此导通时的反向恢复电流会随开关时序发生变化。也就是说，越接近正弦波峰值附近，反向恢复电流越大。所以，对于在正弦波峰值附近的开关工作，要特别注意反向恢复电流引起的损耗会增加这一情况。

综上所述，反向恢复时间和反向恢复电流过大对于逆变威廉希尔官方网站 而言是一个不利因素。通过使用反向恢复时间短且反向恢复电流峰值小的MOSFET，可以减少逆变威廉希尔官方网站 中的损耗，并降低开关器件损坏的风险。

通常而言，会通过双脉冲测试对逆变威廉希尔官方网站 的单桥臂进行评估。在下一篇文章中，我们将通过双脉冲测试对反向恢复特性优异的MOSFET和普通SJ MOSFET的损耗进行比较。

审核编辑：汤梓红