【正文】 在20世紀(jì)80年代中期，它曾用于中小功率逆變器中，現(xiàn)在已經(jīng)基本不使用了。 功率器件的選擇通過(guò)對(duì)各種功率器件的分析，對(duì)于本次15kVA逆變電源設(shè)計(jì)將選用IGBT場(chǎng)效應(yīng)晶體管作為逆變器用功率開(kāi)關(guān)器件。這樣使得IGBT導(dǎo)通時(shí)由注入?yún)^(qū)向N基區(qū)發(fā)射少子，從而對(duì)漂移區(qū)電導(dǎo)率進(jìn)行調(diào)制，使得IGBT具有很強(qiáng)的流通能力。同時(shí)，由于采用MOS柵，其控制電路的功耗小，導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)的靜態(tài)功耗也很小，只是在狀態(tài)轉(zhuǎn)換過(guò)程中存在一定的動(dòng)態(tài)損耗。在此區(qū)域內(nèi)，由于很小，隨著的增加很小，且變化不大。達(dá)到飽和后的集電極發(fā)射極電壓成為IGBT飽和電壓，記為。在很小時(shí)，=。IGBT的動(dòng)態(tài)特性與其負(fù)載有關(guān)。此時(shí)，開(kāi)始下降，在時(shí)間內(nèi)下降到飽和電壓。特別值得一提的是，隨著溫度的增高，IGBT的正向壓降反而略有下降，并且還可以在某個(gè)特定的通態(tài)電流下，隨著溫度的變化，其通態(tài)正向壓降保持基本不變。有關(guān)資料表明，在電壓1KV以上時(shí)，IGBT的開(kāi)關(guān)損耗只有GTR的1/10，與電力MOSFET相當(dāng)。引發(fā)擎住效應(yīng)的原因，可能是集電極電流過(guò)大（靜態(tài)擎住效應(yīng)），也可能是duCE/dt過(guò)大（動(dòng)態(tài)擎住效應(yīng)），溫度升高也會(huì)加重發(fā)生擎住效應(yīng)的危險(xiǎn)。 IGBT驅(qū)動(dòng)電路的基本要求1）加在IGBT柵極G和射極E之間，用來(lái)開(kāi)通和關(guān)斷IGBT的柵極驅(qū)動(dòng)電壓的正、負(fù)脈沖，應(yīng)以足夠陡的上升沿和下降沿，使IGBT開(kāi)關(guān)時(shí)間短，開(kāi)關(guān)損耗小。6）IGBT的柵極驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)盡量簡(jiǎn)單實(shí)用和可靠，自身最好帶有對(duì)IGBT的保護(hù)功能，并有較強(qiáng)的抗干擾性。這種能力通常用在一定條件下IGBT耐受過(guò)電流而不損壞的時(shí)間來(lái)表征。由圖22可知，降低可提高IGBT的短路耐受能力，因此可以這樣設(shè)想：檢測(cè)到短路，便降低，這樣便可延長(zhǎng)短路時(shí)間。開(kāi)通緩沖電路用于抑制器件開(kāi)通時(shí)的電流過(guò)沖和，減小器件的開(kāi)通損耗。為了給交流側(cè)向直流側(cè)反饋的無(wú)功能量提供通道，逆變橋各臂都并聯(lián)了反饋二極管。在導(dǎo)通結(jié)束時(shí)，A點(diǎn)的電位為，且兩只晶體管全都截止。、組成4個(gè)橋臂。圖27 單相全橋逆變電路 三相電壓型逆變電路用三個(gè)單相逆變電路可以組合成一個(gè)三相逆變電路,本課題設(shè)計(jì)就采用IGBT作為開(kāi)關(guān)器件的電壓型三相橋式逆變電路，其基本工作方式是180176。當(dāng)、閉合為正，、閉合為負(fù)。三相電壓型逆變電路如圖28。即先給應(yīng)關(guān)斷的器件關(guān)斷信號(hào)，待其關(guān)斷后留一定的時(shí)間裕量，然后再給應(yīng)導(dǎo)通的器件發(fā)出開(kāi)通信號(hào)，即在兩者之間留一個(gè)短暫的死區(qū)時(shí)間。最終通過(guò)變壓器升壓為380/220V交流電壓濾波后供給負(fù)載使用。至一個(gè)周期T結(jié)束，再驅(qū)動(dòng)V導(dǎo)通，重復(fù)上一周期的過(guò)程。降壓斬波電路中，當(dāng)IGBT導(dǎo)通時(shí)設(shè)電流線形變化。在換流過(guò)程中，有的支路要從通態(tài)轉(zhuǎn)移到斷態(tài)，有的支路要從斷態(tài)轉(zhuǎn)移到通態(tài)。3）負(fù)載換流（Load Commutation）由負(fù)載提供換流電壓。為了給交流側(cè)向直流側(cè)反饋的無(wú)功能量提供通道，逆變橋各臂都并聯(lián)了反饋二極管。單片機(jī)對(duì)SA8282進(jìn)行初始化和輸出脈寬控制、頻率控制，同時(shí)完成對(duì)開(kāi)環(huán)、閉環(huán)控制算法的運(yùn)算和數(shù)據(jù)處理。由于總線的數(shù)據(jù)寬度被限制在8位字長(zhǎng)，因此要想把數(shù)據(jù)送到一個(gè)24位寄存器，應(yīng)先分三次分別送到三個(gè)暫存寄存器R0、RR2中。的波形瞬時(shí)值。圖44 SA8282內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳 各引腳的功能為，AD0～AD7是八位地址與數(shù)據(jù)復(fù)用總線，用于從微處理器接受地址與數(shù)據(jù)信息。CLX為時(shí)鐘信號(hào)輸入端。寄存器列陣包含3個(gè)8位寄存器和2個(gè)虛擬寄存器。最小脈寬和死區(qū)時(shí)間通過(guò)軟件設(shè)置完成，既節(jié)約了硬件成本,又使修改靈活方便。對(duì)稱，故波形ROM中僅有0～90176。脈沖取消時(shí)間計(jì)數(shù)器置“0”等。8位單片機(jī)，片內(nèi)含8KB的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲(chǔ)器和2568位的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器、6個(gè)中斷源、低功耗空閑和掉電方式等特點(diǎn)。圖46 系統(tǒng)控制電路 驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)隨著有些電氣設(shè)備對(duì)三相逆變器輸出性能要求的提高及逆變器本身的原因，把逆變單元IGBT的驅(qū)動(dòng)與保護(hù)和主電路電流的檢測(cè)分別由不同的電路來(lái)完成。4）內(nèi)置的過(guò)流保護(hù)功能使得IGBT能夠更加安全地工作。該電容用來(lái)吸收由電源接線阻抗而引起的供電電壓變化。短路電流的整定值一般為逆變器輸出額定電流的200%~300%，超過(guò)逆變器額定電流200%以上的電流應(yīng)立即采取保護(hù)措施。圖52 泵升電壓現(xiàn)象 過(guò)（欠）壓保護(hù)回路的設(shè)計(jì) 過(guò)壓保護(hù)電路 產(chǎn)生原因及危害1）電網(wǎng)輸入電壓長(zhǎng)時(shí)間過(guò)高；2）減速過(guò)快，引起泵升電壓過(guò)高，當(dāng)超過(guò)IGBT的安全工作電壓時(shí)就可能造成開(kāi)關(guān)器件的損壞；3）我國(guó)電網(wǎng)電壓的線性度較差，在重負(fù)載時(shí)，線電壓通常小于380V，而在用電低谷期時(shí)，線電壓高達(dá)440V，如此大的電壓變化范圍，會(huì)導(dǎo)致直流回路過(guò)電壓，同樣會(huì)損壞IGBT。如果峰值電壓很大，可能使疊加后的超出反向安全工作區(qū)，或者由于過(guò)大，而引起誤導(dǎo)通，兩者都有損于IGBT；為此，在IGBT上加入緩沖電路。3）緩沖二極管緩沖二極管過(guò)渡時(shí)，正向電壓降低，是關(guān)斷時(shí)尖峰電壓產(chǎn)生的主要原因之一；另外，緩沖二極管逆向恢復(fù)時(shí)間直接影響到緩沖吸收電路的開(kāi)關(guān)損耗；因此，應(yīng)選擇過(guò)渡電壓低、逆向恢復(fù)時(shí)間短、逆向恢復(fù)特性較軟的二極管。一般電流選擇下面公式緩沖電阻產(chǎn)生的功耗與阻值無(wú)關(guān)，可由下式確定：式中，系數(shù)10是電阻瓦特?cái)?shù)的裕度系數(shù)，以防止溫度過(guò)高；是開(kāi)關(guān)頻率。吸收電路應(yīng)該在電路實(shí)際搭建好以后才設(shè)計(jì)，即從己確定的印制電路板、變壓器、功率開(kāi)關(guān)管以及整流器的參數(shù)來(lái)構(gòu)建吸收電路雛形，這樣寄生參數(shù)就能很接近實(shí)際情況。 泵升電壓保護(hù)回路設(shè)計(jì)在主回路中，直流電源電壓兩端并聯(lián)較大容量的電解電容器、它除了可以減小直流電源電壓的脈動(dòng)外，還可以作儲(chǔ)能用。它包括短路和過(guò)流保護(hù)兩種，控制回路誤動(dòng)作或誤配線等都會(huì)造成逆變器上、下橋臂直通等短路事故。4）EXB840的驅(qū)動(dòng)芯片最大只能驅(qū)動(dòng)1200V/300A的IGBT，并且它本身并不提倡外加功率放大電路，另外，該類芯片為單電源供電，IGBT的關(guān)斷負(fù)電壓信號(hào)是由芯片內(nèi)部產(chǎn)生的－5V信號(hào)，容易受到外部的干擾。2）內(nèi)置的光耦可隔離高達(dá)2500V/min的電壓。(T0)與SA8282的引腳21（WSS）構(gòu)成頻率反饋。的狀態(tài)，若檢測(cè)結(jié)果為高電平則自動(dòng)進(jìn)入英特爾模式，若檢測(cè)結(jié)果為低電平，則選擇摩托羅拉模式工作，總線連接和定時(shí)信息相對(duì)所用微處理器而言，這個(gè)過(guò)程在每次AS/ALE變?yōu)楦唠娖綍r(shí)要進(jìn)行，實(shí)際中模式選擇由系統(tǒng)自動(dòng)設(shè)定。其經(jīng)脈沖寬度取消電路，將脈沖寬度小于取消時(shí)間的脈沖去掉，再經(jīng)脈沖延時(shí)電路引入死區(qū)時(shí)間，從而保證了在轉(zhuǎn)換瞬間高，低端功率開(kāi)關(guān)不會(huì)出現(xiàn)共同導(dǎo)通現(xiàn)象。180176。2）應(yīng)用常用的對(duì)稱的雙邊采樣法產(chǎn)生PWM波形，波形產(chǎn)生數(shù)字化，無(wú)時(shí)漂，無(wú)溫漂，穩(wěn)定性好。通過(guò)脈沖延遲電路生成死區(qū)，保證任何橋臂上的兩個(gè)開(kāi)關(guān)管不會(huì)在狀態(tài)轉(zhuǎn)換期間短路。SET TRIP是關(guān)斷觸發(fā)信號(hào)輸入端，當(dāng)輸入為高時(shí)，及六個(gè)PWM輸出端將迅速鎖存在低電平狀態(tài)，且只有在復(fù)位時(shí)才能解除。延時(shí)電路可保證死區(qū)間隔，其作用是在改變?nèi)我幌嘀袃蓚€(gè)開(kāi)關(guān)器件的狀態(tài)時(shí)提供一個(gè)較短的延遲時(shí)間，以使這段時(shí)間里的兩個(gè)開(kāi)關(guān)都處于關(guān)狀態(tài)，從而防止在轉(zhuǎn)換瞬間橋臂開(kāi)關(guān)元件出現(xiàn)共通（兩個(gè)開(kāi)關(guān)在狀態(tài)轉(zhuǎn)換期間造成直通短路）現(xiàn)象。、270176。 SA8282原理介紹1）命令寄存部分該部分由總線控制、地址/數(shù)據(jù)總線、暫存器R0～R虛擬寄存器R3~R4及24位初始化寄存器和24位控制寄存器構(gòu)成。觸發(fā)控制電路中主要設(shè)計(jì)正弦脈寬調(diào)制波（SPWM）的產(chǎn)生控制以及IGBT的驅(qū)動(dòng)控制。而交流側(cè)輸出電流波形和相位因負(fù)載阻抗情況的不同而不同。一般來(lái)說(shuō)，換流方式分為以下幾種：1）器件換流（Device Commutation）利用全控型器件自關(guān)斷能力進(jìn)行換流。該電容耐壓應(yīng)高于整流橋輸出電壓，電容理論上講越大越好，但越大投資越高，一般是幾千微法到幾萬(wàn)微法之間，不宜少于4000，變頻器容量越大，電容C的容量也就越大。直流分量在鐵芯中會(huì)產(chǎn)生較大的支流磁偏量，使鐵芯飽和，所以鐵芯必須加氣隙，由于交變磁化分量較小，一般情況下，局部磁滯回線包圍的面積較小。當(dāng)t=時(shí)刻，控制V關(guān)斷，負(fù)載電流經(jīng)二極管VD續(xù)流，負(fù)載電壓近似為零，負(fù)載電流呈指數(shù)曲線下降。對(duì)于本設(shè)計(jì)逆變器之后采用在輸出端接入變壓器△/Y進(jìn)行變壓。V、W兩相的情況個(gè)U相類似，、的波形形狀和相同，只是相位依次相差。交直交變頻電路由交直變換電路和直交變換電路兩部分組成。圖28 三相電壓型逆變電路通過(guò)圖示三相電壓型逆變電路來(lái)說(shuō)明其最基本的工作原理。若是電流達(dá)到半橋電路的水平，即電流增大一倍的話，則輸出功率就可以增大4倍。因此，半橋電路常用于幾KW以下的小功率逆變電源。當(dāng)導(dǎo)通時(shí)，電容將通過(guò)、變壓器初級(jí)繞組放電；同時(shí)，電容則通過(guò)輸入電源、和的原邊繞組充電。而交流側(cè)輸出電流波形和相位因負(fù)載阻抗情況的不同而不同。緩沖電路可分為關(guān)斷緩沖電路和開(kāi)通緩沖電路。越小，短路耐受能力就越強(qiáng)。為保護(hù)IGBT，除盡量減小感性負(fù)載的漏感和分布電感外，還應(yīng)考慮采用過(guò)壓抑制電路對(duì)IGBT進(jìn)行過(guò)壓保護(hù)。故應(yīng)注意限制IGBT集電極電流的最大值，本系統(tǒng)柵極外加串聯(lián)電阻，以延長(zhǎng)其關(guān)斷時(shí)間，減小的值。反偏安全工作區(qū)RBSOA是指柵一射極間加反偏壓時(shí)的安全工作區(qū)，三條邊界中，和相同，但另一條邊界為器件關(guān)斷后集一射極間重加正向電壓的上升率。其中NPN晶體管的基極與發(fā)射極之間存在體區(qū)短路電阻，P形體區(qū)的橫向空穴電流會(huì)在該電阻上產(chǎn)生壓降，相當(dāng)于對(duì)J3結(jié)施加一個(gè)正向偏壓，在額定集電極電流范圍內(nèi)，這個(gè)偏壓很小，不足以使J3開(kāi)通，然而一旦J3開(kāi)通，柵極就會(huì)失去對(duì)集電極電流的控制作用，導(dǎo)致集電極電流增大，造成器件功耗過(guò)高而損壞。（4） 最大集電極功耗PCM 在正常工作溫度下允許的最大耗散功率。IGBT的關(guān)斷時(shí)間為、之和，即=++第二代IGBT的導(dǎo)通時(shí)間=~，關(guān)斷時(shí)間=~；第三代IGBT的和則更小。再經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，達(dá)到=(為流經(jīng)感性負(fù)載的電流)。圖24 IGBT的靜態(tài)開(kāi)關(guān)特性曲線 動(dòng)態(tài)特性前面講述的靜態(tài)特性，只表明了IGBT從一個(gè)穩(wěn)態(tài)變換到另一個(gè)穩(wěn)態(tài)的特性，從而沒(méi)有涉及狀態(tài)變換的過(guò)程。2）轉(zhuǎn)移特性IGBT的轉(zhuǎn)移特性曲線如圖23所示。（3）III區(qū)為飽和區(qū)。它是表示以柵極發(fā)射極間電壓為變量的集電極電流和集電極發(fā)射極間電壓的關(guān)系曲線。IGBT的電氣符號(hào)如圖21（c）所示。 IGBT的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作原理IGBT的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、等效電路和電氣符號(hào)如圖21所示。在現(xiàn)代的UPS中IGBT普遍被用作逆變器或整流器開(kāi)關(guān)器件。3）BJT（功率GTR）晶體管：BJT直到1985年實(shí)現(xiàn)達(dá)林頓模塊后才達(dá)到300A、1000V和增益100的水平。普通型SCR的電壓高達(dá)6000V，電流達(dá)數(shù)千安培，開(kāi)通僅需要在控制級(jí)上加一個(gè)小觸發(fā)脈沖即可，但關(guān)斷時(shí)必須用電感、電容和輔助開(kāi)關(guān)器件組成的強(qiáng)迫換向電路。逆變技術(shù)的分類方式很多，主要分類方式敘述如下。2）在電能傳輸過(guò)程中，在供電電源和負(fù)載之間對(duì)電能進(jìn)行變換或穩(wěn)定處理，一般稱這種電源為二次電源