【文章內(nèi)容簡介】 紹[5]。將直流電轉(zhuǎn)換為交流電的過程稱為逆變。完成逆變功能的裝置叫做逆變器，它是變頻器的主要組成部分，電壓性逆變器的工作原理如下：（1）單相逆變電路：當、同時閉合時，電壓為正；、同時閉合時，電壓為負。由于開關～的輪番通斷，從而將直流電壓逆變成了交流電壓?？梢钥吹皆诮涣麟娮兓囊粋€周期中，一個臂中的兩個開關如：、交替導通，每個開關導通電角度。因此交流電的周期（頻率）可以通過改變開關通斷的速度來調(diào)節(jié)，交流電壓的幅值為直流電壓幅值。 單相逆變器原理圖（2）三相逆變電路。圖33中，～組成了橋式逆變電路，這6個開關交替地接通、關斷就可以在輸出端得到一個相位互相差的三相交流電壓。當、閉合時，為正；、閉合時，為負。用同樣的方法得：當、同時閉合和、同時閉合，得到,同時閉合和、同時閉合，得到。為了使三相交流電、在相位上依次相差；各開關的接通、關斷需符合一定的規(guī)律。根據(jù)該規(guī)律可得、 所示。a) 結(jié)構圖 b) 開關的通斷規(guī)律 c) 波形圖 三相逆變器原理圖 IGBT及驅(qū)動模塊介紹 IGBT簡介及驅(qū)動要求絕緣柵極雙極型晶體管(IGBT)是80年代初功率半導體器件技術與MOS工藝技術相結(jié)合研制出的一種復合型器件。眾所周知，構成IGBT的MOSFET和BJT各有其優(yōu)缺點。MOSFET屬于單極型器件，具有開關頻率高、沒有二次擊穿現(xiàn)象、元件并聯(lián)運行容易、控制功率小的優(yōu)點，缺點是導通電阻大，耐壓水平不容易提高。BJT屬于雙極型器件，具有耐壓水平高、電流大、導通電壓低的優(yōu)點，缺點是開關時間長，有二次擊穿現(xiàn)象以及控制功率大。因此，兼具MOSFET和BJT優(yōu)點的新型復合器件IGBT應運而生，IGBT具有耐壓高、電流大、開關頻率高、導通電阻小、控制功率小等優(yōu)點。并且，隨著IGBT技術的發(fā)展，其性能不斷得到改善和提高，使得IGBT在大功率開關電源設備中的地位越來越重要，如UPS、電焊機、電機驅(qū)動、特種工業(yè)電源等都使用IGBT模塊。由于IGBT在設備中所占成本比例較高，所以掌握好IGBT的特性和正確的使用方法，盡量減少IGBT模塊的損壞以降低開發(fā)成本和提高整機可靠性，、工作原理、主要參數(shù)、特性等在電力電子書本里已經(jīng)有詳細介紹，在這里不在贅述[7]。IGBT是壓控器件，柵極輸入阻抗高，所需要驅(qū)動功率小，驅(qū)動較為容易。但必須注意，IGBT的特性與柵極驅(qū)動條件密切相關，隨驅(qū)動條件的變化而變化。(1)隨著柵極正向電壓的增加，通態(tài)壓降減小，通態(tài)壓降隨集電極電流增大而增大，開通損耗隨結(jié)溫升高而增大。(2)隨著柵極反向電壓的增加，集電極浪涌電流減小，而關斷損耗變化不大，IGBT的運行可靠性提高。(3)隨著柵極串聯(lián)電阻增加，將使IGBT的開通和關斷時間增加，從而使IGBT開關損耗增加；而減小，則又將使增大，從而使IGBT在開關過程中產(chǎn)生較大的電壓或電流尖峰，降低IGBT運行的安全性和可靠性。通過以上分析可以看出，一個理想的IGBT驅(qū)動電路應具有以下基本性能:(1)通常IGBT的柵極電壓最大額定值為20V，若超過此值，柵極就會被擊穿，導致器件損壞。為防止柵極過壓，可采用穩(wěn)壓管作保護。(2)～6V(T=25C)的柵極開啟電壓，驅(qū)動信號低于此開啟電壓時，器件是不導通的。要使器件導通，驅(qū)動信號必須大于其開啟電壓。當要求IGBT工作于開關狀態(tài)時，驅(qū)動信號必須保證使器件工作于飽和狀態(tài)，否則也會造成器件損壞。正向柵極驅(qū)動電壓幅值的選取應同時考慮在額定運行條件下和一定過載情況下器件不退出飽和的前提，正向柵極電壓越高，則通態(tài)壓降越小，通態(tài)損耗也就越小。對無短路保護的驅(qū)動電路而言，驅(qū)動電壓高一些有好處，可使器件在各種過流場合仍工作于飽和狀態(tài)。通常，正向柵極電壓取15V。在有短路保護的場合，不希望器件工作于過飽和狀態(tài)，因為驅(qū)動電壓小一些，可減小短路電流，對短路保護有好處。此時，柵極電壓可取為13V。另外，為減小開通損耗，要求柵極驅(qū)動信號的前沿要陡。IGBT的柵極等效為一電容負載，所以驅(qū)動信號源的內(nèi)阻要小。(3)當柵極信號低于其開啟電壓時，IGBT就關斷了。為了縮短器件的關斷時間，關斷過程中應盡快放掉柵極輸入電容上的電荷。器件關斷時，驅(qū)動電路應提供低阻抗的放電通路。一般柵極反向電壓取為(5～0)V。當IGBT關斷后在柵極加上一定幅值的反向電壓可提高抗干擾能力。(4)IGBT柵極與發(fā)射極之間是絕緣的，不需要穩(wěn)態(tài)輸入電流，但由于存在柵極輸入電容，所以驅(qū)動電路需要提供動態(tài)驅(qū)動電流。器件的電流、電壓額定值越大，其輸入電容就越大。當IGBT高頻運行時，柵極驅(qū)動電流和驅(qū)動功率也是不小的，因此，驅(qū)動電路必須能提供足夠的驅(qū)動電流和功率。(5)IGBT是高速開關器件，在大電流的運行場合，關斷時間不宜過短，否則會產(chǎn)生過高的集電極尖峰電壓。柵極電阻對IGBT的開關時間有直接的影響。柵極電阻過小，關斷時間過短，關斷時產(chǎn)生的集電極尖峰電壓過高，會對器件造成損壞，所以柵極電阻的下限受到器件的關斷安全區(qū)的限制。柵極電阻過大，器件的開關速度降低，開關損耗增大，也會降低其工作效率和對其安全運行造成危險，所以柵極電阻的上限受到開關損耗的限制。對600VIGBT器件，柵極電阻可據(jù)下式確定：=(I～10)625/式中，為IGBT的額定電流值. 柵極電阻的下限取系數(shù)為1，限取系數(shù)為10。對于1200V的IGBT器件，柵極的電阻值可取相同電流額定值的600V器件阻值的一半。(6)驅(qū)動電路和控制電路之間應隔離。在許多設備中，IGBT與工頻電網(wǎng)有直接電聯(lián)系，而控制電路一般不希望如此。驅(qū)動電路具有電隔離能力可以保證設備的正常工作，并用絞線，使柵極電路的閉合電路面積最小，以防止感應噪聲的影響。采用光耦器件隔離時，應選用高的共模噪聲抑制器件，能耐高電壓變化率。(7)輸入輸出信號傳輸盡量無延時。這一方面能夠減少系統(tǒng)響應滯后，另一方面能提高保護的快速性。(8)電路簡單，成本低第4章 控制回路設計控制回路是為變頻器的主電路提供通斷信號的電路，其主要任務是完成對逆變器開關元件的開關控制。控制方式有模擬控制和數(shù)字控制兩種，本設計中采用的是以微處理器為核心的全數(shù)字控制，優(yōu)點是它采用簡單的硬件電路，主要依靠軟件來完成各種控制功能，以充分發(fā)揮微處理器計算能力和軟件控制靈活性高的特點來完成許多模擬量難以實現(xiàn)的功能。設計控制電路如下： 驅(qū)動電路設計驅(qū)動電路的作用是逆變器中的逆變電路換流器件提供驅(qū)動信號。主電路逆變電路設計中采用的電力電子器件是IGBT，故稱為門極驅(qū)動電路。以下將介紹SPWM技術工作原理和設計中所選用能產(chǎn)生SPWM波芯片SA4828的基本結(jié)構和工作原理。 SPWM調(diào)制技術簡介脈寬調(diào)制(PWM)技術是利用全控型電力電子器件的導通和關斷把直流電壓變成一定形狀的電壓脈沖序列，實現(xiàn)變壓、變頻控制并消除諧波的技術。脈寬調(diào)制技術在逆變器中的應用，對現(xiàn)代電力電子技術、現(xiàn)代調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展起到了極大的促進作用。近幾年來。由于場控自關斷器件的不斷涌現(xiàn)。相應高頻SPWM(正弦脈寬調(diào)制)技術在電機調(diào)速中得到了廣泛應用，不僅能及時、準確地實現(xiàn)變壓變頻控制技術，而且更重要地是抑制逆變器輸出電壓或輸出電流中的諧波分量，從而提高了電機的工作效率，擴大了調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍。實際工程中目前主要采用的PWM技術是正弦PWM(SPWM)，這是因為變頻器輸出的電壓或電流波形更接近于正弦波形。根據(jù)電機學原理，交流異步電動機變頻調(diào)速時，如果按照頻率與定子端電壓之比為定值的方式進行控制，則機械特性的硬度變化較小，所以在變頻的同時，也要相應改變定子的端電壓。若采用等脈寬PWM調(diào)制技術實現(xiàn)變頻與變壓，由于輸出矩形波中含有較嚴重的高次諧波，會危害電動機的正常運行。為減小輸出信號中的諧波分量，一種有效的途徑是將等脈寬的矩形波變成信號寬度按正弦規(guī)律變化的正弦脈寬調(diào)制波，即SPWM調(diào)制波。脈寬調(diào)制指的是通過對一系列脈沖的寬度進行調(diào)制，來等效地獲得所需要的波形(含形狀和幅值)。在進行脈寬調(diào)制時，使脈沖系列的占空比按照正弦規(guī)律變化。當正弦值為最大值時，脈沖的寬度也最大，而脈沖間的間隔最??；當正弦值較小時，脈沖的寬度也小，而脈沖間的間隔則較大，那么這樣的電壓脈沖系列就可以使負載電流中的高次諧波成分大為減小，這種調(diào)制方式稱為正弦波脈寬調(diào)制。產(chǎn)生SPWM信號的方法是用一組等腰三角波(稱為載波)與一個正弦波(稱為調(diào)制波)進行比較，兩波形的交點作為逆變開關管的開通與關斷時間。當調(diào)制波的幅值大于載波的幅值時，開關器件導通，當調(diào)制波的幅值小于載波的幅值時，開關器件關斷。雖然正弦脈寬調(diào)制波與等脈寬PWM信號相比，諧波成份大大減小，但它畢竟不是正弦波。提高載波(三角波)的頻率，是減小SPWM調(diào)制波中諧波分量的有效方法。而載波頻率的提高，受