【正文】 GBT導(dǎo)通。IGBT具有正反向阻斷電壓高、通態(tài)電壓大及通過電壓來控制其導(dǎo)通或關(guān)斷等特點(diǎn)。 IGBT的基本特性IGBT的基本特性分為靜態(tài)特性、動態(tài)特性和高溫特性三個(gè)部分。圖22 IGBT的輸出（伏安）特性曲線 IBGT的輸出伏安特性曲線分為四個(gè)區(qū)域：（1）I區(qū)為截止區(qū)。在此區(qū)域內(nèi)，隨著的增加，當(dāng)≥（IGBT的開啟電壓）時(shí)，開始增加，并且隨著的變化呈線性關(guān)系：式中，為IGBT的跨導(dǎo)。在此區(qū)域內(nèi)，當(dāng)為某一定值時(shí)，隨著的增加，基本不變，達(dá)到飽和。當(dāng)為某個(gè)確定值時(shí)，增加并達(dá)到后，會突然增大，發(fā)生過電壓擊穿。它表示在不變的情況下，與的關(guān)系曲線。一般情況下，=3—5V。IGBT狀態(tài)變換過程的特性為其動態(tài)特性。1）導(dǎo)通特性一般情況下，IGBT的柵極加有一個(gè)負(fù)偏壓以保證IGBT可靠地處于關(guān)斷狀態(tài)。稱為電流上升時(shí)間。這段時(shí)間稱為存儲時(shí)間。圖25 IGBT的負(fù)載為感性時(shí)的動態(tài)特性曲線 高溫特性IGBT具有優(yōu)良的高溫通態(tài)特性，在環(huán)境溫度（散熱片溫度）達(dá)到200左右時(shí)，仍能正常工作。 IGBT的主要參數(shù)IGBT的主要參數(shù)包括：（1） 擊穿電壓、通態(tài)壓降和關(guān)斷時(shí)間toff。IGBT的特性和參數(shù)特點(diǎn)可以總結(jié)如下：（1） IGBT開關(guān)速度高，開關(guān)損耗小。（4） IGBT的輸入阻抗高，起輸入特性與電力MOSFET類似。這種電流失控的現(xiàn)象，就像普通晶閘管被觸發(fā)以后，即使撤消觸發(fā)信號晶閘管仍然因進(jìn)入正反饋過程而維持導(dǎo)通的機(jī)理一樣，因此被稱為擎住效應(yīng)或者自鎖效應(yīng)。正偏安全工作區(qū)FBSOA是指柵一射極間加正偏壓時(shí)的安全工作區(qū)，對應(yīng)IGBT的導(dǎo)通狀態(tài)。擎住效應(yīng)曾是限制IGBT電流容量進(jìn)一步提高的主要因素之一，但經(jīng)過多年的努力，自20世紀(jì)90年代中后期開始，這個(gè)問題已得到了極大的改善，促進(jìn)了IGBT研究和制造水平的迅速提高。本系統(tǒng)中為+15V。5）由于IGBT在電力電子設(shè)備中多用于高電壓，所以驅(qū)動電路應(yīng)與控制電路在電位上嚴(yán)格隔離本系統(tǒng)中，采用了TLP521光藕進(jìn)行隔離。 IGBT的保護(hù)方式在電力電子電路中，除了電力電子器件參數(shù)選擇合適、驅(qū)動電路設(shè)計(jì)良好外，采用合適的過電壓保護(hù)、過電流保護(hù)、保護(hù)和保護(hù)也時(shí)必要的。2）過電流保護(hù)IGBT耐受過電流的能力很有限。所有這些短路情況都應(yīng)加以保護(hù)。一般來說，飽和壓降2V左右的IGBT的短路耐受能力僅有幾微妙，這樣短的時(shí)間內(nèi)，保護(hù)電路要辨別是很困難的，故不能保證保護(hù)的可靠性。這就是所謂的“軟關(guān)斷”。關(guān)斷緩沖電路用于吸收器件的關(guān)斷過電壓和換相過電壓，抑制，減小關(guān)斷損耗。逆變器按主電路形式分類如下：電壓型逆變電路有以下主要特點(diǎn)：1）直流側(cè)為電壓源，或并聯(lián)有大電容，相當(dāng)于電壓源。3）當(dāng)交流側(cè)為阻感負(fù)載時(shí)需要提供無功功率，直流側(cè)電容起緩沖無功能量的作用。其電路圖如圖26所示。中點(diǎn)A的電位在充、放電過程中將指數(shù)規(guī)律下降。由此可見，在半橋式電路中，變壓器初級線圈在整個(gè)周期中都流過電流，以磁心利用得更充分。 全橋逆變電路將半橋式變換電路中的兩電解電容換成另外兩只高反壓功率晶體管，并配以適當(dāng)驅(qū)動電路即可組成全橋式變換電路，如圖27所示。其工作過程與推挽式功率轉(zhuǎn)換電路一樣。全橋電路的主要不足是需要4組彼此絕緣的晶體管基極驅(qū)動電路,使控制驅(qū)動電路成本增大并復(fù)雜化，但選用全橋變換電路可使輸出功率大大提高,而且晶體管的損少。這樣,在任一瞬間，將三個(gè)橋臂同時(shí)導(dǎo)通。圖28中、是橋式電路的6個(gè)臂，它們由電力電子器件及其輔助電路組成。這就是逆變的電路的最基本的工作原理。變流電路在工作過程中不斷發(fā)生電流從一個(gè)支路向另一個(gè)支路的轉(zhuǎn)移，這就是換流。因?yàn)槊看螕Q流都是在同一相上下兩個(gè)橋臂之間進(jìn)行的，因此也被稱為縱向換流。負(fù)載線電壓可由下式求出： （21）設(shè)負(fù)載中點(diǎn)N與支流電源假想中點(diǎn)之間的電壓為，則負(fù)載各相的相電壓分別為： （22）把上面各式相加并整理可求得 （23）負(fù)載為三相對稱則有，故可得 （24）上述導(dǎo)電方式逆變器中，為了防止同一相上下兩橋臂的開關(guān)器件同時(shí)導(dǎo)通而引起直流側(cè)電源的短路，要采取“先斷后通”的方法。其中主電路采用直交（DC/AC）電源型變頻器結(jié)構(gòu)，由斬波器、逆變器和隔離變壓器構(gòu)成。 主電路的主要設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)計(jì)要求的參數(shù)如下：直流側(cè)輸入電壓：DC750V輸出交流電壓：AC380/220V輸出頻率：50Hz容量：15KVA 系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成如圖31所示：圖31 系統(tǒng)組成圖 系統(tǒng)的主電路圖系統(tǒng)主電路圖如圖32所示：圖32 主電路圖 系統(tǒng)的工作原理如圖32所示主電路，本系統(tǒng)首先通過直流降壓斬波電路將輸入的750V直流電斬波為440V頻率為50Hz的直流方波信號，該信號通過由IGBT組成的三相電壓型橋式逆變電路后，將該信號逆變成為50Hz，440V的交流方波電壓。 降壓斬波電路的原理降壓斬波電路（Buck Chopper）的原理圖如圖33所示：圖33 降壓斬波電路的原理圖該電路使用一個(gè)全控型器件V，本設(shè)計(jì)采用的是IGBT。為了使負(fù)載電流脈動小，通常串接L值較大的電感。由此式可知，輸出到負(fù)載的電壓平均值最大為E，若減小占空比，則隨之減小。鐵芯儲能最大值： （32）公式中為鐵芯體積：由上式可見，對于一定的鐵芯材料來說，只有加大鐵芯體積來增大鐵芯儲能。電源的線電壓為，則三相全波整流后平均直流電壓的大小是 （33）圖34 三相不可控整流電路二極管不可控三相整流電路輸出的直流電含有輸入交流電6倍頻率的紋波，通過大電容將帶有紋波的電壓波形濾得比較平滑。 逆變電路1 換流方式在逆變電路的工作過程中，電流從一個(gè)支路向另一個(gè)支路的轉(zhuǎn)移稱為換流，也稱為換相。全控型器件可以通過對門極的控制使其關(guān)斷，而對半控型器件的晶閘管來說，就不能通過門極的控制來使其關(guān)斷，必須利用外部條件或采取其他措施才能使其關(guān)斷。2）電網(wǎng)換流（Line Commutation）由電網(wǎng)提供換流電壓。2 電壓型逆變電路電壓型逆變電路有以下主要特點(diǎn)：1）直流側(cè)為電壓源，或并聯(lián)有大電容，相當(dāng)于電壓源。3）當(dāng)交流側(cè)為阻感負(fù)載時(shí)需要提供無功功率，直流側(cè)電容起緩沖無功能量的作用。逆變時(shí)，必須保證，導(dǎo)通時(shí)，可靠關(guān)斷；反之亦然。 控制電路的設(shè)計(jì)單片機(jī)AT89C51及少量的外圍擴(kuò)展接口和SA8282三相SPWM產(chǎn)生器構(gòu)成控制電路。圖41 觸發(fā)控制結(jié)構(gòu)框圖（SPWM）的產(chǎn)生原理正弦脈寬調(diào)制波（SPWM）的產(chǎn)生原理如圖42所示：圖42 SPWM的產(chǎn)生原理圖SPWM的產(chǎn)生采用傳統(tǒng)的三角波和正弦波疊加原理，且采用雙極性規(guī)則采樣法II，由于每個(gè)周期的采樣時(shí)刻都是固定的（圖中E點(diǎn)），根據(jù)脈沖電壓對三角載波的對稱性，假設(shè)A相電壓瞬時(shí)電壓表達(dá)示為。該部分在工作時(shí)應(yīng)首先進(jìn)行初始化（從微處理器向初始化寄存器和控制寄存器輸入控制字進(jìn)行系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置），然后由微處理器向兩個(gè)24位寄存器輸入命令字，這兩個(gè)寄存器分別被稱為初始化寄存器和控制寄存器。2）讀取及產(chǎn)生PWM調(diào)制波形部分該部分由地址發(fā)生器、波形ROM及相位和控制邏輯構(gòu)成。對稱所以波形ROM中僅保存了0～90176。另外通過初始化設(shè)置，實(shí)現(xiàn)最小脈沖寬度、死區(qū)時(shí)間等的設(shè)置，產(chǎn)生設(shè)計(jì)要求的調(diào)制波形。波形的產(chǎn)生原理如圖43圖43 SA8282 SPWM波形產(chǎn)生原理圖 功能介紹SA8282采用28腳DIP封裝，其外部引腳和內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖44所示。是復(fù)位端，低電平有效；為片選輸入，該控制線可使SA8282與其它外圍接口片共享同一組總線。WSS是波形采樣同步端口；ZPPB、ZPPY、ZPPR分別是三相信號的零相位脈沖輸出端。來自單片機(jī)的數(shù)據(jù)通過總線控制和譯碼進(jìn)入初始化寄存器或控制寄存器，它們對相控邏輯電路進(jìn)行控制。片內(nèi)ROM存有正弦波形。各寄存器地址如表48所列。3)，可實(shí)現(xiàn)靜音運(yùn)行。5）可通過改變輸出SPWM脈沖的相序?qū)崿F(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。270176。內(nèi)共384組8位采樣值存入ROM中，每個(gè)采樣值線性的表達(dá)正弦波的瞬時(shí)值，通過相位控制邏輯，將它組成0～360176。SA8282的24位初始化暫存寄存器，可用來設(shè)置輸出波形參數(shù)，例如載波頻率，最小脈寬，初始化或調(diào)整時(shí)，端要置0。AT89C51是一個(gè)低電壓，高性能CMOS89C51單片機(jī)有40條引腳，共分為端口線、控制線、電源線3類。89C51與SA8282的連接如圖45所示。 EXB840功能介紹EXB840集成芯片是一種專用于IGBT的集驅(qū)動、保護(hù)等功能于一體的復(fù)合集成電路。3）單電源的供電電壓使其應(yīng)用起來更為方便。對于IGBT的過電流處理完全由驅(qū)動芯片自身完成，對于電機(jī)驅(qū)動用的三相逆變器實(shí)現(xiàn)無跳閘控制有較大的幫助。 驅(qū)動電路的設(shè)計(jì)在電路的設(shè)計(jì)過程中，注意以下幾個(gè)方面的問題：1）IGBT柵射極驅(qū)動電路接線必須小于1m；2）IGBT柵射極驅(qū)動電路接線應(yīng)為雙絞線；3）如想在IGBT集電極產(chǎn)生大的電壓尖脈沖，那么增加IGBT柵極串聯(lián)電阻（Rg）即可；4）應(yīng)用電路中的電容C1和C2取值相同，對于EXB840來說，取值為33μF。當(dāng)主回路中發(fā)生過載，過壓等異常狀況時(shí)，停止電路元件的工作。短路電流流過逆變器的開關(guān)器件，會使元件燒壞，因此，必須在很短的時(shí)間內(nèi)（1~2）封鎖PWM驅(qū)動信號輸出，使逆變器停止工作，同時(shí)，還應(yīng)使輸入側(cè)電源開關(guān)跳閘。 過流保護(hù)電路過流保護(hù)電路原理如圖51所示，過流信號來自霍爾元件對逆變器三個(gè)橋臂上IGBT元件上電流的采樣（采樣時(shí)間為）。由于逆變器直流側(cè)采用三相不可控整流，交流電動機(jī)減速或停車時(shí)，存儲在電動機(jī)轉(zhuǎn)子和負(fù)載中的機(jī)械能不可能回饋給電網(wǎng)；因此，電流必須經(jīng)過逆變器中IGBT外部并聯(lián)的續(xù)流二極管反饋至中間直流電路，對電容充電，由于電容的容量有限，充電將使C、端電壓升高，形成所謂的“泵升電壓”。當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，采樣電壓經(jīng)與非門CD4090輸出低電平，過壓指示燈LED1亮，同時(shí)，過壓信號經(jīng)與非門74HC30輸出信號SET，送至鎖存器74HB66封鎖驅(qū)動脈沖輸出。 緩沖電路通常IGBT的開關(guān)時(shí)間約為當(dāng)IGBT由通態(tài)迅速關(guān)斷時(shí)，有很大的產(chǎn)生，在主回路的布線電感上引起較大的尖峰電壓，如圖54所示圖54 IGBT關(guān)斷時(shí)的動作波形這個(gè)尖峰電壓與直流電壓疊加后，加在關(guān)斷的IGBT的CE之間。將上述數(shù)據(jù)代入公式，計(jì)算出電容；所以可以選擇的無感電容。將數(shù)據(jù)代入上述公式，可選電阻