igbt單相半橋無源逆變電路設(shè)計(jì)-課程設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2024-12-09 14:04 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 6 常用 IGBT 的電氣符號(hào) 圖 7 IGBT 的等效電路 圖 6為 IGBT 的常用電氣符號(hào)， IGBT 的等效電路如圖 7所示，由圖可知，若在 IGBT 的柵極 G 和發(fā)射極 E 之間加上驅(qū)動(dòng)正電壓，則 MOSFET 導(dǎo)通，這樣 PNP晶體管的集電極 C 與基極之間成低阻狀態(tài)而使得晶體管導(dǎo)通；若 IGBT 的柵極和發(fā)射極之間電壓為 0V，則 MOS 截止，切斷 PNP 晶體管基極電流的供給，使得晶體管截止。 IGBT 與 MOSFET 一樣也是電壓控制型 器件，在它的柵極 G— 發(fā)射極 E間施加十幾 V的直流電壓，只有在 uA 級(jí)的漏電流流過，基本上不消耗功率。 如果 IGBT柵極與發(fā)射極之間的電壓 ,即驅(qū)動(dòng)電壓過低 ,則 IGBT不能穩(wěn)定正常地工作 ,如果過高超過柵極－發(fā)射極之間的耐壓則 IGBT 可能永久性損壞 。同樣 ,如果加在 IGBT 集電極與發(fā)射極允許的電壓超過集電極－發(fā)射極之間的耐壓 ,流過 IGBT 集電極－發(fā)射極的電流超過集電極－發(fā)射極允許的最大電流 ,IGBT 的結(jié)溫超過其結(jié)溫的允許值 ,IGBT 都可能會(huì)永久性損壞。 IGBT 對(duì)驅(qū)動(dòng)電路的要求 IGBT 的驅(qū)動(dòng)條件 與它的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性密切相關(guān)。柵極的正偏壓 +VGE、負(fù)偏壓 VGE 和柵極電阻 RG 的大小，對(duì) IGBT 的通態(tài)電壓、開關(guān)時(shí)間、開關(guān)損耗、承受短路能力以及 dVCE/dt 等參數(shù)都有不同程度的影響。門極驅(qū)動(dòng)條件與器件特 5 性的關(guān)系如表 1 所示 ： 表 1 門極驅(qū)動(dòng)條件與器件特性的關(guān)系 特性 Vce(on) Ton、 Eon toff、 Eoff 負(fù)載短路能力 電流 dVce/dt +VCE 增大 降低 降低 降低 增加 VCE 減小 略減小 減小 RC增大 增加 增加 減小 由于 IGBT 的開關(guān)特性和安全工作區(qū)隨著柵極驅(qū)動(dòng)電路的變化而變化，因而驅(qū)動(dòng)電路性能的好壞將直接影響 IGBT能否正常工作。為使 IGBT能可靠工作。 IGBT對(duì)其驅(qū)動(dòng)電路提出了以下要求。 1）向 IGBT 提供適當(dāng)?shù)恼驏艍?。并且?IGBT 導(dǎo)通后。柵極驅(qū)動(dòng)電路提供給 IGBT 的驅(qū)動(dòng)電壓和電流要有足夠的幅度，使 IGBT 的功率輸出級(jí)總處于飽和狀態(tài)。 瞬時(shí)過載時(shí)，柵極驅(qū)動(dòng)電路提供的驅(qū)動(dòng)功率 要足以保證 IGBT 不退出飽和區(qū)。IGBT 導(dǎo)通后的管壓降與所加?xùn)旁措妷河嘘P(guān)，在漏源電流一定的情況下， VGE 越高，VDS 儺就越低，器件的導(dǎo)通損耗就越小，這有利于充分發(fā)揮管子的工作能力。但是， VGE 并非越高越好，一般不允許超過 20 V，原因是一旦發(fā)生過流或短路，柵壓越高，則電流幅值越高， IGBT 損壞的可能性就越大。通常，綜合考慮取 +15 V為宜。 2） 能向 IGBT 提供足夠的反向柵壓。在 IGBT 關(guān)斷期間，由于電路中其他部分的工作，會(huì)在柵極電路中產(chǎn)生一些高頻振蕩信號(hào)，這些信 號(hào)輕則會(huì)使本該截止的 IGBT 處于微通狀態(tài)，增加管子的功耗。重則將使調(diào)壓電路處于短路直通狀態(tài)。因此，最好給處于截止?fàn)顟B(tài)的 IGBT 加一反向柵壓 f 幅值一般為 5～ 15 V），使IGBT 在柵極出現(xiàn)開關(guān)噪聲時(shí)仍能可靠截止。 3）具有柵極電壓限幅電路，保護(hù)柵極不被擊穿。 IGBT 柵極極限電壓一般為 +20 V，驅(qū)動(dòng)信號(hào)超出此范圍就可能破壞柵極。 4） 由于 IGBT 多用于高壓場合。要求有足夠的輸人、輸出電隔離能力。所以驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)與整個(gè)控制電路在電位上嚴(yán)格隔離，一般采用高速光耦合隔離或變壓器耦合隔離。 5） IGBT 的柵 極驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)盡可能的簡單、實(shí)用。應(yīng)具有 IGBT 的完整保護(hù)功能，很強(qiáng)的抗干擾能力，且輸出阻抗應(yīng)盡可能的低。 6 第二章 硬件電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算 系統(tǒng)硬件連接 單相半橋無源逆變主電路如圖 8 下所示 ： RC2C3V1V2C1D1D2D3D4FUU1 U2 圖 8 單相半橋無源逆變主電路 整流電路設(shè)計(jì)方案 整流變壓器的參數(shù)運(yùn)算 1）變壓器二次側(cè)電壓 U2 的計(jì)算 U2 是一個(gè)重要的參數(shù)，選擇過低就會(huì)無法保證輸出額定電壓。選擇過大又會(huì)造成延遲角α加大，功率因數(shù)變壞，整流元件 的耐壓升高，增加了裝置的成本。 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，采用公式： ? ? BAUU d?~12 ? 由表查得 A=；取ε =；α角考慮 10176。裕量，則 B=cosα = ? ? VU 150~ ~12 ???? 取 U2=140V。 電壓比 K=U1/U2=220/140=。 2 ）一次、二次電流 I I2 的計(jì)算 由 RUP20?
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