標準的三相功率級(power stage)被用來驅(qū)動一個三相無刷直流電機，如圖1所示。功率級產(chǎn)生一個電場，為了使電機很好地工作，這個電場必須保持與轉(zhuǎn)子磁場之間的角度接近 90°。六步序列控制產(chǎn)生6個定子磁場向量，這些向量必須在一個指定的轉(zhuǎn)子位置下改變。霍爾效應傳感器掃描轉(zhuǎn)子的位置。為了向轉(zhuǎn)子提供6個步進電流，功率級利用6個可以按不同的特定序列切換的功率MOSFET。下面解釋一個常用的切換模式，可提供6個步進電流。
MOSFET Q1、Q3和Q5高頻(HF)切換，Q2、Q4和Q6低頻(LF)切換。當一個低頻MOSFET處于開狀態(tài)，而且一個高頻MOSFET 處于切換狀態(tài)時，就會產(chǎn)生一個功率級。
步驟1) 功率級同時給兩個相位供電，而對第三個相位未供電。假設供電相位為L1、L2，L3未供電。在這種情況下，MOSFET Q1和Q2處于導通狀態(tài)，電流流經(jīng)Q1、L1、L2和Q4。
步驟2) MOSFET Q1關斷。因為電感不能突然中斷電流，它會產(chǎn)生額外電壓，直到體二極管D2被直接偏置，并允許續(xù)流電流流過。續(xù)流電流的路徑為D2、L1、L2和Q4。
步驟3) Q1打開，體二極管D2突然反偏置。Q1上總的電流為供電電流與二極管D2上的恢復電流之和。 顯示出其中的體-漏二極管。電流流入到體-漏二極管D2(見圖1)，該二極管被正向偏置，少數(shù)載流子注入到二極管的區(qū)和P區(qū)。
當MOSFET Q1導通時，二極管D2被反向偏置， N區(qū)的少數(shù)載流子進入P+體區(qū)，反之亦然。這種快速轉(zhuǎn)移導致大量的電流流經(jīng)二極管，從N-epi到P+區(qū)，即從漏極到源極。電感L1對于流經(jīng)Q2和Q1的尖峰電流表現(xiàn)出高阻抗。Q1表現(xiàn)出額外的電流尖峰，增加了在導通期間的開關損耗。
為改善在這些特殊應用中體二極管的性能，研發(fā)人員開發(fā)出具有快速體二極管恢復特性MOSFET。當二極管導通后被反向偏置，反向恢復峰值電流Irrm較小。
結合一種簡單的逆變器電路圖分析PWM逆變器電路的工作原理
電阻R2和電容C1套集成電路內(nèi)部振蕩器的頻率。預設R1可用于振蕩器的頻率進行微調(diào)。14腳和11腳IC內(nèi)部驅(qū)動晶體管的發(fā)射極終端。的驅(qū)動晶體管(引腳13和12)的集電極終端連接在一起，并連接到8 V軌(7808輸出)?？稍贗C的引腳14和15兩個180度，淘汰50赫茲脈沖列車。
這些信號驅(qū)動器在隨后的晶體管階段。當14腳的信號為高電平，晶體管Q2接通，就這反過來又使晶體管Q4，Q5，Q6點從目前的+12 V電源(電池)連接流一個通過的上半部分(與標簽的標記)變壓器(T1)中，小學通過晶體管Q4，Q5和Q6匯到地面。
因此誘導變壓器二次電壓(由于電磁感應)，這個電壓220V輸出波形的上半周期。在此期間，11腳低，其成功的階段將處于非活動狀態(tài)。當IC引腳 11云高的第三季度結果Q7的獲取和交換，Q8和Q9將被打開。從+12 V電源通過變壓器的初級下半部和匯到地面通過晶體管的Q7，Q8，Q9，以及由此產(chǎn)生的電壓，在T2次級誘導有助于的下半部周期(標簽上標明)電流流 220V輸出波形。
逆變電路的輸出電壓調(diào)節(jié)部分的工作原理
逆變器輸出(T2的輸出)挖掘點的標記為B，C，并提供給變壓器T2的主。在變壓器T2的下降這個高電壓的步驟，橋梁D5整流它和這個電壓(將逆變器的輸出電壓成正比)是提供的PIN1通過奧迪R8，R9，R16和(該IC的內(nèi)部錯誤放大器的反相輸入)這個電壓與內(nèi)部參考電壓比較。
此誤差電壓成正比的輸出電壓所需的值和IC調(diào)節(jié)占空比的驅(qū)動信號(引腳14和12)為了使輸出電壓為所需的值的變化。R9的預設，可用于調(diào)節(jié)逆變器輸出電壓，因為它直接控制變頻器的輸出電壓誤差放大器部分的反饋量。
二極管D3和D4續(xù)流二極管，保護驅(qū)動級晶體管的開關變壓器(T2)初選時產(chǎn)生的電壓尖峰。R14和R15限制基地的第四季度和Q7。R12和 R13為第四季度和Q7防止意外的開關ON下拉電阻。C10和C11是繞過從變頻器的輸出噪聲。C8是一個濾波電容的穩(wěn)壓IC 7805。R11的限制限制了電流通過LED指示燈D2的。
電力逆變器中的二極管作用
高效率和節(jié)能是家電應用中首要的問題。三相無刷直流電機因其效率高和尺寸小的優(yōu)勢而被廣泛應用在家電設備中以及很多其他應用中。此外，由于采用了逆變器電子換向器代替機械換向裝置，三相無刷直流電機被認為可靠性更高。
標準的三相功率級(power stage)被用來驅(qū)動一個三相無刷直流電機。功率級產(chǎn)生一個電場，為了使電機很好地工作，這個電場必須保持與轉(zhuǎn)子磁場之間的角度接近90°。六步序列控制產(chǎn)生6個定子磁場向量，這些向量必須在一個指定的轉(zhuǎn)子位置下改變?；魻栃獋鞲衅鲯呙柁D(zhuǎn)子的位置。為了向轉(zhuǎn)子提供6個步進電流，功率級利用6個可以按不同的特定序列切換的功率MOSFET。下面解釋一個常用的切換模式，可提供6個步進電流。
MOSFET Q1、Q3和Q5高頻(HF)切換，Q2、Q4和Q6低頻(LF)切換。當一個低頻MOSFET處于開狀態(tài)，而且一個高頻MOSFET 處于切換狀態(tài)時，就會產(chǎn)生一個功率級。
步驟1) 功率級同時給兩個相位供電，而對第三個相位未供電。假設供電相位為L1、L2，L3未供電。在這種情況下，MOSFET Q1和Q2處于導通狀態(tài)，電流流經(jīng)Q1、L1、L2和Q4。
步驟2)MOSFET Q1關斷。因為逆變器電感不能突然中斷電流，它會產(chǎn)生額外電壓，直到體二極管D2被直接偏置，并允許續(xù)流電流流過。續(xù)流電流的路徑為D2、L1、L2和Q4。
步驟3)Q1打開，體二極管D2突然反偏置。Q1上總的電流為供電電流(如步驟1)與二極管D2上的恢復電流之和。
顯示出其中的體-漏二極管。在步驟2，電流流入到體-漏二極管D2(見圖1)，該二極管被正向偏置，少數(shù)載流子注入到二極管的區(qū)和P區(qū)。
當MOSFET Q1導通時，二極管D2被反向偏置， N區(qū)的少數(shù)載流子進入P+體區(qū)，反之亦然。這種快速轉(zhuǎn)移導致大量的電流流經(jīng)二極管，從N-epi到P+區(qū)，即從漏極到源極。電感L1對于流經(jīng)Q2和Q1的尖峰電流表現(xiàn)出高阻抗。Q1表現(xiàn)出額外的電流尖峰，增加了在導通期間的開關損耗。圖4a描述了MOSFET的導通過程。
為改善在這些特殊應用中體二極管的性能，研發(fā)人員開發(fā)出具有快速體二極管恢復特性MOSFET。當二極管導通后被反向偏置，反向恢復峰值電流Irrm較小。
在電力逆變電源中我們對比測試了標準的MOSFET和快恢復MOSFET。ST推出的STD5NK52ZD(SuperFREDmesh系列)放在Q2(LF)中，如圖4b所示。在Q1 MOSFET(HF)的導通工作期間，開關損耗降低了65%。采用STD5NK52ZD時效率和熱性能獲得很大提升(在不采用散熱器的自由流動空氣環(huán)境下，殼溫從60°C降低到50°C)。在這種拓撲中，MOSFET內(nèi)部的體二極管用作續(xù)流二極管，采用具有快速體二極管恢復特性MOSFET更為合適。
SuperFREDmesh技術彌補了現(xiàn)有的FDmesh技術，具有降低導通電阻，齊納柵保護以及非常高的dv/dt性能，并采用了快速體-漏恢復二極管。N溝道520V、1.22歐姆、4.4A STD5NK52ZD可提供多種封裝，包括TO-220、DPAK、I2PAK和IPAK封裝。該器件為工程師設計開關應用提供了更大的靈活性。其他優(yōu)勢包括非常高的dv/dt，經(jīng)過100%雪崩測試，具有非常低的本征電容、良好的可重復制造性，以及改良的ESD性能。此外，逆變器與其他可選模塊解決方案相比，使用分立解決方案還能在PCB上靈活定位器件，從而實現(xiàn)空間的優(yōu)化，并獲得有效的熱管理，因而這是一種具有成本效益的解決方案。
下載文檔
