【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 續(xù)流，u0=0。這樣，u0可以得到Ud和零兩種電平。同樣，當(dāng)在u0的負(fù)半周時(shí)，V2保持通態(tài)狀態(tài)，V1保持?jǐn)鄳B(tài)，V3和V4交替通斷，負(fù)載電壓u0能夠獲到Ud和零兩種電平。圖25 單相橋式PWM逆變電路單極性PWM的控制方法如圖26所示。選用單極性PWM調(diào)制技術(shù)時(shí)，在u和u交點(diǎn)的時(shí)刻控制IGBT的通斷。當(dāng)在ur的正半周時(shí)，保持V1通態(tài)，保持V2斷態(tài)，當(dāng)uc＜ur時(shí)使V4導(dǎo)通，V3關(guān)斷，u0 = Ud；當(dāng)uc＞ur時(shí)使V4關(guān)斷，V3導(dǎo)通，u0=0。當(dāng)在ur負(fù)半周時(shí)，保持V1斷態(tài)，保持V2通態(tài)，當(dāng)uc＞ur時(shí)，將V4關(guān)斷，V3導(dǎo)通， u0=Ud；當(dāng)uc＜ur時(shí)，將V4導(dǎo)通，V3關(guān)斷,u0=0。雙極性PWM控制原理示意圖如圖27所示。選用雙極性的PWM調(diào)制技術(shù)的時(shí)候，是為了獲到的正弦交流輸出波形作為信號(hào)波，把三角波當(dāng)作載波，使信號(hào)波和載波進(jìn)行相互的比較，當(dāng)信號(hào)波和載波相交的時(shí)刻控制各個(gè)開(kāi)關(guān)的通斷。信號(hào)波的一個(gè)周期內(nèi)，載波是有正有負(fù)的，調(diào)制出來(lái)的輸出波形同樣也是有正有負(fù)的，其輸出的波形分為兩種電平。信號(hào)波用ur代表，載波用uc來(lái)表示。當(dāng)uc＜ur的時(shí)候，施加開(kāi)通驅(qū)動(dòng)信號(hào)給VV4，施加關(guān)斷驅(qū)動(dòng)信號(hào)給VV3，此刻如果i0＞0，則VV4保持開(kāi)通，如果i0＜0,則VDVD4保持開(kāi)通，不過(guò)其輸出電壓均為u0=Ud。相反，則VV3或VDVD3保持開(kāi)通，而u0=Ud。圖中，u0f是輸出電壓u0的基波分量[3]。 圖26 單極性PWM控制方法波形 圖27 雙極性PWM控制方法波第3章 逆變電路的設(shè)計(jì)第3章 逆變部分的電路組成課題采用SPWM正弦波脈寬調(diào)制，通過(guò)改變調(diào)制頻率，實(shí)現(xiàn)交直交變頻的目的。設(shè)計(jì)電路由三部分組成：即主電路,驅(qū)動(dòng)電路和控制電路。交直流變換部分（AC/DC）為不可控整流電路；逆變部分（DC/AC）由四只IGBT管組成單相橋式逆變電路，采用雙極性調(diào)制方式。輸出經(jīng)LC低通濾波器，濾除高次諧波，得到高頻率的正弦波（基波）交流輸出。 主電路主電路如圖31所示，采用單相橋式逆變電路,共用到4個(gè)開(kāi)關(guān)器件,采用了目前應(yīng)用最多的全控型電力電子器件之一的IGBT。IGBT管的工作原理：IGBT的開(kāi)通和關(guān)斷是由柵極電壓來(lái)控制的。當(dāng)柵極施加以正電壓的時(shí)候，在MOSFET中出現(xiàn)溝道，而且還給PNP晶體管創(chuàng)造了基極電流，促使IGBT產(chǎn)生導(dǎo)通。此刻從N+區(qū)流入N區(qū)的空穴(少子)對(duì)N區(qū)形成了電導(dǎo)調(diào)制，使Ⅳ區(qū)的電阻R減小，令阻斷電壓高的IGBT管也擁有了較低的通態(tài)壓降。當(dāng)在柵極上加以負(fù)電壓的時(shí)候，MOSFET中的溝道就消失了，PNP晶體管基極的電流就會(huì)被切斷，IGBT管也就是被關(guān)斷了。在IGBT管導(dǎo)通了以后，如果把柵極的電壓忽然降到零，那么溝道就消失了，流過(guò)溝道的電子電流就變?yōu)榱悖姌O電流就會(huì)有降低，但是因?yàn)镹區(qū)中流入了大部分的電子以及空穴對(duì)，因此集電極的電流不可能立即變?yōu)榱悖瑫?huì)有一個(gè)拖尾的時(shí)間。IGBT管的驅(qū)動(dòng)方法和MOSFET基本相同，只需要控制輸入極N溝道MOSFET，因此其擁有高輸入阻抗特性[4][5]。圖31 主電路 驅(qū)動(dòng)電路圖32 驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)電路（如圖32所示）作為控制電路和主電路的中間環(huán)節(jié)。主要任務(wù)是將控制電路產(chǎn)生的控制器件通斷的信號(hào)轉(zhuǎn)化為器件的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。它可以完成電氣隔離的功能，由于全橋電路的4個(gè)IGBT管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)也不全都是共地的,因此需要與控制信號(hào)隔離。此外,控制電路中電壓的等級(jí)較低,而在主電路中的電壓等級(jí)較高,為了避免相互間的干擾,也有必要采用電氣隔離。采用IGBT管專(zhuān)用驅(qū)動(dòng)芯片M57962L，其輸入信號(hào)電流幅值為16Ma,輸出最大脈沖電流為+2A和3A，輸出驅(qū)動(dòng)電壓+15V和10V[5]，其結(jié)構(gòu)引腳圖及原理圖如圖334所示，其輸入端接控制電路產(chǎn)生的SPWM信號(hào)，輸出可用以直接驅(qū)動(dòng)IGBT管。特點(diǎn)如下：1）采用快速型的光藕實(shí)現(xiàn)電氣隔離。2） 波形整形，將控制電路產(chǎn)生的信號(hào)轉(zhuǎn)化為控制IGBT通斷所需要的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。3）具有過(guò)流保護(hù)功能，通過(guò)檢測(cè)IGBT管的飽和壓降來(lái)判斷IGBT是否過(guò)流。過(guò)流時(shí)IGBT管CE結(jié)之間的飽和壓降升到某一定值，使8腳輸出低電平，在光藕TLP521的輸出端OC1呈現(xiàn)高電平，經(jīng)過(guò)流保護(hù)電路（如圖35），使4013的輸出Q端呈現(xiàn)低電平，送給控制電路，起到了封鎖保護(hù)作用。圖33 集成驅(qū)動(dòng)芯片M57962L引腳圖芯片M57962L內(nèi)部原理及特性：M57962L為日本三菱公司生產(chǎn)的主用于IGBT模塊的驅(qū)動(dòng)芯片，其內(nèi)部集成了退飽和、檢測(cè)以及保護(hù)單元等功能，如果發(fā)生過(guò)流時(shí)能夠迅速地響應(yīng)，但慢速地關(guān)斷IGBT，同時(shí)也向外部的電路發(fā)出了故障的信號(hào)。芯片輸出的正驅(qū)動(dòng)電壓是+15V，而負(fù)驅(qū)動(dòng)電壓是10V。其內(nèi)部的結(jié)構(gòu)示意圖如圖34所示，其是通過(guò)光電耦合器、接口電路、檢測(cè)電路、定時(shí)復(fù)位電路和門(mén)關(guān)斷電路組成的。M57962L為N溝道的大功率IGBT模塊的驅(qū)動(dòng)芯片，可以驅(qū)動(dòng)600V/400A與1200V/400A的IGBT。M57962L擁有以下幾個(gè)特性。（1）用快速型的光電耦合器來(lái)實(shí)行電氣隔離，適合大約20Hz的高頻開(kāi)關(guān)的運(yùn)動(dòng)。光電耦合器的原邊已串聯(lián)限流電阻（約185），可以把5V電壓直接與輸入側(cè)直接相連，擁有相對(duì)高的輸入和輸出的隔離度（U=2500V,有效值）。（2）用雙電源的供電方法，來(lái)保證IGBT的可靠通斷。若選用雙電源驅(qū)動(dòng)方法，它輸出的負(fù)柵壓相對(duì)較高。其中直流電源電壓的極值是+18V/15V，通常用+15V/10V。（3）內(nèi)部設(shè)置了短路以及過(guò)流保護(hù)的電路。M57962L的過(guò)流保護(hù)電路是來(lái)檢測(cè)IGBT的飽和降從而判斷是否過(guò)流，一經(jīng)發(fā)生過(guò)流，M57962L就對(duì)IGBT實(shí)行軟關(guān)斷，同時(shí)輸出過(guò)流的故障信號(hào)。（4）輸出端為T(mén)TL門(mén)電平，對(duì)單片機(jī)控制較為適用。信號(hào)的傳輸延遲時(shí)間較短，[6]。圖34 集成驅(qū)動(dòng)芯片M57962L原理圖保護(hù)電路：圖35 保護(hù)電路4013芯片原理：如圖36所示，設(shè)電路初始狀態(tài)均在復(fù)位狀態(tài)，QQ2端均為低電平。fi信號(hào)輸入時(shí)，由于輸入端異或門(mén)的作用，其輸出還受到了觸發(fā)器IC2的Q2端的反饋控制(非門(mén)F2是增加的一級(jí)延遲門(mén)，A點(diǎn)波形與Q2相同)。由于第1個(gè)fi時(shí)鐘脈沖的上升沿的作用，觸發(fā)器ICIC2都發(fā)生了翻轉(zhuǎn)。又因?yàn)镼2端的反饋的影響會(huì)使異或門(mén)輸出了一個(gè)非常窄的正脈沖，而兩級(jí)的D觸發(fā)器以及反相門(mén)的延時(shí)決定了其寬度。若第1個(gè)fi脈沖下跳的時(shí)候，異或門(mén)的輸出又馬上上跳，將IC1觸發(fā)器又一次發(fā)生翻轉(zhuǎn)，但I(xiàn)C2觸發(fā)器的狀態(tài)不發(fā)生變化。因此在第1個(gè)的輸入時(shí)鐘的半個(gè)周期以?xún)?nèi)迫使IC1觸發(fā)器的時(shí)鐘脈沖部分CL1有了一個(gè)整周期的輸入，不過(guò)在之后的一個(gè)輸入時(shí)鐘的作用之下，因?yàn)镮C2觸發(fā)器的Q2端呈現(xiàn)高電平，IC1觸發(fā)器時(shí)鐘的輸入伴隨著fi的信號(hào)(反相或同相)。本來(lái)IC1觸發(fā)器輸入兩個(gè)完整的輸入脈沖便可輸出一個(gè)完整周期的脈沖，現(xiàn)在由于異或門(mén)及IC2觸發(fā)器Q2端的反饋控制作用，在第1個(gè)fi脈沖的作用下得到一個(gè)周期的脈沖輸出，所以實(shí)現(xiàn)了每輸入一個(gè)半時(shí)鐘脈沖，在IC1觸發(fā)器的Q1端取得一個(gè)完整周期的輸出[6]。圖36 雙D觸發(fā)器CD4013引腳圖 控制電路控制電路的工作流程是：信號(hào)發(fā)生（包括產(chǎn)生信號(hào)波和載波）、信號(hào)調(diào)制、產(chǎn)生IGBT的驅(qū)動(dòng)信號(hào)如圖37所示。圖38給出了控制電路的原理圖。8038三角波發(fā)生器8038正弦波發(fā)生器信號(hào)變換與控制Lm311比較器SPWM1SPWM2COMPWM+PWM圖37 控制電路結(jié)構(gòu)框控制電路：圖38 控制電路控制電路是由兩片集成函數(shù)信號(hào)發(fā)生器ICL8038為核心組成，其中一片8038產(chǎn)生正弦調(diào)制波Ur，另一片用以產(chǎn)生三角載波Uc，將此兩路信號(hào)經(jīng)比較電LM311異步調(diào)制后，產(chǎn)生一系列等幅，不等寬的矩形波Um，即SPWM波。Um經(jīng)反相器后，生成兩路相位相差180度的177。PWM波，再經(jīng)觸發(fā)器CD4528延時(shí)后，得到兩路相位相差180度并帶一定死區(qū)范圍的兩路SPWM1和SPWM2波，作為主電路中兩對(duì)開(kāi)關(guān)管IGBT的控制信號(hào)。在圖31所示的電壓型單相橋式逆變電路中需要注意的一點(diǎn)是V1和V4不能同時(shí)導(dǎo)通，V2和V3不能同時(shí)導(dǎo)通，否則將會(huì)使直流部分發(fā)生短路。為避免兩對(duì)器件同時(shí)導(dǎo)通，需要在兩對(duì)器件的開(kāi)關(guān)狀態(tài)時(shí)切換時(shí)設(shè)置死區(qū)，確保先斷后通。圖38的控制電路中使用了單穩(wěn)態(tài)多頻率振蕩器4528來(lái)實(shí)現(xiàn)死區(qū)的控制。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器CD4528BC簡(jiǎn)介：圖39 CD4528BC芯片引腳圖及內(nèi)部原理圖ICL8038芯片簡(jiǎn)介：集成函數(shù)發(fā)生器8038工作原理：函數(shù)發(fā)生器是一種可以同時(shí)產(chǎn)生方波、三角波和鋸齒波的專(zhuān)用集成電路。適當(dāng)調(diào)節(jié)外部電路參數(shù)是，還可以獲得占空比可調(diào)的矩形波和鋸齒波。在本設(shè)計(jì)的控制電路中共使用了兩片8038芯片，其中一片8038產(chǎn)生正弦調(diào)制波Ur