【应用】650V/100A高效ANPFC模块助力50KW大功率PFC设计,效率可达98%

2022-01-11 世强
IGBT模块,高效ANPFC模块,30-PT073AA100SM02-LN55L88Y,VINCOTECH IGBT模块,高效ANPFC模块,30-PT073AA100SM02-LN55L88Y,VINCOTECH IGBT模块,高效ANPFC模块,30-PT073AA100SM02-LN55L88Y,VINCOTECH IGBT模块,高效ANPFC模块,30-PT073AA100SM02-LN55L88Y,VINCOTECH

AC/DC变换器是电力电子技术在工业生产中关键部分之一,而大功率的AC/DC电源一般是需要使用IGBT模块来做设计的,介于单管方案能做到单机40KW功率已经是极限了,因此更大功率的AC/DC模块需要使用IGBT模块来做设计,谈到AC/DC就离不开功率因数校正,由于AC/DC变换中产生的谐波以及较低的功率因数,因此需要功率因数校正电路。实现输入电流的功率因数校正,使输入电流与输入电压相位差减少接近同相位,减小无功电流,来提高PF值,当PF值越大,则代表电力利用率越高。


直流充电桩是有多个直流充电模块并联构成,完成功率扩容,其主功率架构是由功率器件、控制电路以及与BMS之间的通信组成,其中主功率部分主要由AC/DC(PFC)和DC/DC变换两部分组成。如下图1所示,由于目前直流充电模块市场上最大功率为40KW左右,是单管方案,而本文主要介绍使用IGBT模块的方案设计更高功率的直流充电模块。

                                                                                         图1 直流充电模块功率拓扑框图


目前使用单管方案设计的充电桩直流充电模块具有以下几点问题:

1、环境更恶劣,导致目前的寿命短,故障率高。

2、产品效率低只有96%左右。

3、产品功率小,可扩展性差。

4、防护等级属于IP20,防护等级低。


本文重点介绍威科VINCOTECH高效ANPFC模块30-PT073AA100SM02-LN55L88Y助力50KW大功率PFC设计,ANPFC中的“A”代表高级的意思。这说明了ANPFC是中点升压PFC(NPFC)的拓扑的基础上的优化拓扑,该拓扑为新型的高效拓扑,如下图2,为30-PT073AA100SM02-LN55L88Y,模块内部结构,是由三组ANPFC组成三相IGBT模块。

          图2  30-PT073AA100SM02-LN55L88Y内部结构图


以其中一组为例来介绍ANPFC的组成以及工作原理,如图下3可知:

1、2个高速IGBT,采用H5或者S5晶圆。(T13和T14,规格是650V)

2、4个整流二极管。(D44、D43和D42,均为1600V;D42为650V)

3、2个快恢复二极管。(D14和D13,均为650V)

                                                                             图3   ANPFC拓扑电流变换路径

如下图4,是按照90℃的散热器温度,20KHZ的开关频率,50KW功率仿真,总损耗为750.2W,效率高达98.5%:


                                                               图 4  30-PT073AA100SM02-LN55L88Y 仿真数据


由图3可知,IGBT功率开关T13和T14用于控制升压电流,它们是可以同步进行控制的。这两个IGBT采用共源极连接,仅需一个门极驱动和驱动电源即可,D42主要用于对称过零,当在正半周时,电流流过T14+D43,D41+D12这两个路径,当在负半周是T13+D44,D13+D44这两个路径。



                  图5  30-PT073AA100SM02-LN55L88Y模块封装尺寸


威科650V/100A的IGBT模块30-PT073AA100SM02-LN55L88Y,作为AC/DC变换功率器件PFC设计,具有以下性能优势特点:

1、ANPFC结构节省了一路驱动电路,控制逻辑少了一路,控制更加简单,实现更低的设计成本;

2、与Vienna、NPFC相比,ANPFC的效率比广泛使用的Vienna整流器高15%,产品效率可以到98%左右;

3、模块化设计,风道只通散热器,不覆盖系统,电路部分,更易做到防水,防潮,防尘,可以做到IP65的防护等级;

4、单个功率模块,功率可以达50kw,更容易做功率扩展设计,模块化设计让生产易安装,提高生产效率;

5、采用最新的IGBT技术和超快速Si二极管、SiC二极管,具有成本和效率优势,可实现更高的开关频率。

6、它们集成的NTC可监测模块温度;内置缓冲电容可降低EMI并减轻电压过冲。

7、紧凑的设计提高功率密度,减轻了重量,低电感设计可降低EMI,集成直流电容可减轻电压过冲,更高的开关频率,更低的滤波成本。

8、耐压650V,平均整流输出电流可达100A,20Hz开关频率,可满足50KW的功率设计,效高达98.5%;

9、经过市场端长期的验证和考验,其功能、性能、可靠性方面可完全胜任;


综上所述威科30-PT073AA100SM02-LN55L88Y可用于大功率系统设计;集成NTC使温度测量设计简单,成本更低;满足更高的开关频率,实现高效率设计,满足大功率PFC功率因数校正电路设计需求。

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型号- 10-0B06PPA010RC01-L025A19,10-R106PPA020SB01-M934A,10-PC06PPA010SB-M683B06Y,10-0B06PPA010RC-L025A09,10-P006PPA010SB-M683BY,10-PX06PPA020SJ,10-F006PPA0**SB**-M68**,10-R106PPA0**SB**-M934A,10-PG06PPA0*0SJ01-LH5*E08T,10-F006PPA020SB-M685B,10-0B06PPA004RC-L022A09,10-F006PPA020SB01-M685B10,10-PG06PPA0*0SJ-LJ0*B08T,10-PG06PPA0*0SJ02-LH9*E08T,10-0B06PPA004RC-L022C09,10-0B06PPA006RC-L023A09,10-F006PPA010SB-M684B,10-F006PPA010SB-M683B,10-0B06PPA0**RC**-L02****

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