通風(fēng)機(jī)的變頻調(diào)速驅(qū)動(dòng)及保護(hù)(編輯修改稿)
2024-09-25 15:49 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)速方式稱(chēng)為變頻調(diào)速 在變頻調(diào)速技術(shù)中 ,使用變頻器向電動(dòng)機(jī)提供頻率可變的電源 ,去改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。 變頻調(diào)速的驅(qū)動(dòng) 變 頻調(diào)速的驅(qū)動(dòng)一般用 IGBT來(lái)驅(qū)動(dòng)， IGBT 是一個(gè)三端器件，具有柵極 G、集電極 C 和發(fā)射極 E。圖 33 給出了一種由 N 溝道 VDMOSFET（ Virtical Double Diffused MOSFET）與雙極型晶體管組合而成的 IGBT 的基本結(jié)構(gòu)。通過(guò)比較可以看出， IGBT 比 VDMOSFET 多了一層 P+注入?yún)^(qū)，因而 形成了一個(gè)大面積的 P+ N+結(jié) J1。這樣使得 FIGBT 具有很強(qiáng)的通流能力，其等效簡(jiǎn)化電路如圖 34 所示，可以看出這是雙極型晶體管與 MOSFET 組成的達(dá)林頓結(jié)構(gòu)，相當(dāng)于一個(gè)由 MOSFET 驅(qū)動(dòng)的厚基區(qū) PNP 晶體管。圖中 RN為晶體管基區(qū)內(nèi)的調(diào)制電阻。因此， IGBT 同 MOSFET 一樣是場(chǎng)控器件。其開(kāi)通和關(guān)斷是由柵極和發(fā)射極間的電壓 UGE 決定的，當(dāng) UGE 為正且大于開(kāi)啟電壓 UGE(th)時(shí)，MOSFET 內(nèi)形成溝道，并為晶體管提供基極電流使其導(dǎo)通。當(dāng)柵極和發(fā)射極施加反相電壓或不加電壓 時(shí)， MOSFET 內(nèi)的溝道消失，晶體管舞基極電流， IGBT 關(guān)斷。在電力電子電路中， IGBT 工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，因而在正向阻斷區(qū)和飽和區(qū)來(lái)回轉(zhuǎn)換。 圖 3－ 3 IGBT 結(jié)構(gòu)圖 圖 3－ 4 IGBT 等效簡(jiǎn)化圖 電力電子器件的驅(qū)動(dòng)電路是電力電子主電路與控制電路之間的接口，對(duì)整個(gè)裝置的運(yùn)行效率、可靠性和安全性都有重要的意義，所以電力電子器件都有一定的驅(qū)動(dòng)要求，根據(jù) IGBT 的工作特性，可以將 IGBT 驅(qū)動(dòng)電路的要求歸納如下： 1） IGBT 是電壓型驅(qū)動(dòng)器件，柵射極之間存在數(shù)千皮法 左右的極間電容。因此，驅(qū)動(dòng)電路的內(nèi)阻應(yīng)盡可能小，以提供足夠大的充放電電流，縮短開(kāi)關(guān)時(shí)間和降低開(kāi)關(guān)損耗。因此驅(qū)動(dòng)電路與 IGBT 的連線應(yīng)盡可能的短。 2） 用內(nèi)阻小的驅(qū)動(dòng)源對(duì)柵極電容放電，以保證柵極控制電壓 UGE 足夠陡的前后沿，降低 IGBT 的開(kāi)關(guān)損耗； IGBT 開(kāi)通后，柵極驅(qū)動(dòng)源應(yīng)能提供足夠電壓，使 IGBT 工作在飽和狀態(tài)，減少損耗 。 3） 驅(qū)動(dòng)電平 UGE要綜合考慮，當(dāng) UGE正向增大時(shí)， IGBT 通態(tài)壓降和開(kāi)通損耗均下降，但負(fù)載短路時(shí)的集電極電流 IC 增大， IGBT 能承受短路電 流的時(shí)間減小，對(duì)其安全不利，因此 UGE不能過(guò)大，一般選 15～ 20V。在 IGBT 反向關(guān)斷時(shí)，為盡快抽取 PNP 管的存儲(chǔ)電荷，須施加一負(fù)偏壓 UGE，但它受 IGBT 的柵射極間最大反向耐壓限制，一般?。?1～－ 10V。 4） 需要提供良好的過(guò)電壓和過(guò)電流保護(hù)功能，同時(shí) du/dt 保護(hù)和 di/dt 保護(hù)也是必要的。 IGBT 的柵極驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)盡可能使用簡(jiǎn)單，并有很強(qiáng)的抗干擾能力。驅(qū)動(dòng)電路同時(shí)還要提供控制電路與主電路之間的電氣隔離環(huán)節(jié)。 柵極電壓進(jìn)入穩(wěn)定階段，柵極幾乎不從驅(qū)動(dòng)電路取電流，因此場(chǎng)控 器件所要求的驅(qū)動(dòng)功率不大，人們把門(mén)極驅(qū)動(dòng)電路集成在一片芯片內(nèi)，同時(shí)也增加了各種保護(hù)功能和與微處理器接口的邏輯電路。 目前，對(duì) IGBT 都有現(xiàn)成的驅(qū)動(dòng)模塊可供選用，如三菱公司專(zhuān)門(mén)為 IGBT 設(shè)計(jì)的專(zhuān)用集成驅(qū)動(dòng)電路 M579 系列。日本富士電機(jī)公司的 EXB 驅(qū)動(dòng)電路和西安的 HL402 等驅(qū)動(dòng)電路也有廣泛的應(yīng)用。市場(chǎng)上還有一種專(zhuān)用的驅(qū)動(dòng)器，可以驅(qū)動(dòng)一個(gè)橋臂上的兩個(gè) IGBT，如美國(guó) IR 公司的 IR2100。本文采用富士電機(jī)公司的 EXB841 作為 IGBT 的驅(qū)動(dòng)電路， EXB841 與 IGBT 的實(shí)際接線圖如圖 3－ 5所示， EXB841 的原理圖如圖 3－ 6 所示，驅(qū)動(dòng)電路由信號(hào)隔離器、驅(qū)動(dòng)放大器、低速過(guò)流切斷電路、柵極關(guān)斷電源等五部分組成，下面簡(jiǎn)單介紹一下其原理。 圖 3－ 5 EXB841 接線圖 1） 正常開(kāi)通過(guò)程 當(dāng)控制電路使 EXB841 輸入端腳 14 和腳 15 有 10mA 的電流流過(guò)時(shí)，圖中光藕器 ISOl 就會(huì)導(dǎo)通， A 點(diǎn)電位迅速下降到 0V，使 V1 和 V2 截止， V2 截止使 D 點(diǎn)電位上升到接近 20V, V4 導(dǎo)通， V5 截止， EXB841 通過(guò) V4 及柵極電阻 RG向 IGBT 提供電壓及極間電容的充電電流，使之迅速導(dǎo)通。 圖 3－ 6 EXB841 原理圖 2） 正常關(guān)斷過(guò)程控制 電路使 EXB841 輸入端腳 14 和腳 15 無(wú)電流流過(guò)，光藕合器 ISOl 不通， A點(diǎn)電位上升使 V1 和 V2 導(dǎo)通； 2 導(dǎo)通使 V4 截止， V5 導(dǎo)通， IGBT 柵極電荷通過(guò) V5 迅速放電，使 EXB41 的腳 3 電位迅速下降至 0V(相對(duì)于 EXB841 腳 1 低 5V)，使 IGBT 可靠關(guān)斷， UCE 迅速上升，使 EXB841 的腳 6“懸空 ”。與此同時(shí)， V1導(dǎo)通， C2 通過(guò) V1 更快放電，將 B 點(diǎn)和 C 點(diǎn)電位鉗在 0V 左右，使 VZ1 仍不通，后繼電路不會(huì)動(dòng)作， IGBT 正常關(guān)斷。 3） IGBT 的過(guò)流保護(hù) IGBT 模塊的耐壓值高、電流通斷能力強(qiáng)，但它的過(guò)流能力卻比較差，過(guò)流保護(hù)顯得極其重要。 IGBT 通常只能承受 l0 181。 s 的短路電流，因此，必須要有快速保護(hù)電路才能有效地保護(hù) IGBT， EXB841 驅(qū)動(dòng)模塊內(nèi)含保護(hù)電路， 在以上原理圖中，過(guò)流保護(hù)部分由 V V VD VZI、 C R R R C RR C4 等組成，它 們實(shí)現(xiàn)過(guò)流檢測(cè)和延時(shí)保護(hù)功能， EXB 8
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