電力電子技術(shù)課程設(shè)計論文-降壓直流斬波電路實驗裝置(編輯修改稿)
2024-12-13 14:26 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 G較大，有利于抑制 IGBT 的電流上升率及電壓上升率，但會增加 IGBT 的開關(guān)時間和開關(guān)損耗； RG 較小，會引起電流上升率增大，使 IGBT 誤導(dǎo)通或損壞。 RG 的具體數(shù)據(jù)與驅(qū)動電路的結(jié)構(gòu)及 IGBT 的容量有關(guān)，一般在幾歐～幾十歐，小容量的 IGBT 其 RG 值較大。 (5)驅(qū)動電路應(yīng)具有較強的抗干擾能力及對 IGBT 的自保護 功能。 IGBT 的控制、驅(qū)動及保護電路等應(yīng)與其高速開關(guān)特性相匹配，另外，在未采取適當(dāng)?shù)姆漓o電措施情況下， IGBT的 G～ E 極之間不能為開路。 IGBT 驅(qū)動電路分類 驅(qū)動電路分為：分立插腳式元件的驅(qū)動電路；光耦驅(qū)動電路；厚膜驅(qū)動電路；專用集成塊驅(qū)動電路。本文設(shè)計的電路采用的是 專用集成塊 驅(qū)動電路。 IGBT 驅(qū)動電路分析 隨著微處理技術(shù)的發(fā)展 (包括處理器、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和存儲器件 )，數(shù)字信號處理器以其優(yōu)越的性能在交流調(diào)速、運動控制領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。一般數(shù)字信號處理器構(gòu)成的控制系統(tǒng)， IGBT 驅(qū)動信號由處理器集成的 PWM 模塊產(chǎn)生的。而 PWM 接口驅(qū)動能力及其與 IGBT 的接口電路的設(shè)計直接影響到系統(tǒng)工作的可靠性。因此本文采用EXB841 設(shè)計出了一種可靠的 IGBT 驅(qū)動方案。 本文將在斬波信號產(chǎn)生電路一節(jié)將分立元件組成的驅(qū)動電路和集成驅(qū)動電路做一下簡單的比較，以此來說明集成驅(qū)動電路的優(yōu)越性。 整流電路 本設(shè)計采用橋式電路整流：由四個二極管組成一個全橋整流電路 . 對整流出來的 9 V 1V 3V 2V 4C 1RU ~V zU電壓進行傅里葉變換得 2 4 4 42 c o s 2 c o s 4 6 . . .3 1 5 3 5o u t i nv v t t t? ? ?? ? ? ???? ? ? ?????，由整流電路出來的電壓含有較大的紋波，電壓質(zhì)量不太好，故需要進行濾 波。本電路采用 RC濾波器 ,因為電容濾波的直流輸出電壓 Uo 與變壓器副邊電壓 U2的比值比較大，而且適用在小電流、整流管的沖擊電流比較大的電路中。因此本電路選用電容濾波 .因為本電路要求有穩(wěn)定的輸出因此還需用到穩(wěn)壓二極管進行穩(wěn)壓。 整流電路的原理圖如圖 3所示： 圖 3 整流電路圖 輸入端接 220V、 50Hz 的市電，進過變壓器 T1（原線圈 /副線圈為 4/1）后輸出 55V、50Hz。當(dāng)同名端為正時 D D5 導(dǎo)通， D D4 截止，電壓上正下負(fù)。當(dāng)同名端為負(fù)時 DD5 截止， D D4 導(dǎo)通，電壓同樣是上正下負(fù)，從而實現(xiàn)整流。電感具有電流不能突變，通直流阻交流特性，因此串聯(lián)一個電感可以提高直流電壓品質(zhì)。而電容具有電壓不能突變，通交流阻直流特性，因此并聯(lián)一個大電容可以濾除雜波，減小紋波。結(jié)合兩種元器件的特性，組成上圖整流電路，可以得到比較理想的直流電壓（幅值為 50V 左右）。 斬波信號產(chǎn)生電路 此電路主要用來驅(qū)動 IGBT 斬波。同其他的電力電子器件一樣，由分立元件組成的IGBT 驅(qū)動電路也存在著可靠性問題。為此，目前已經(jīng)研制出多種專用的 IGBT 集成驅(qū)動電路。這些集成塊速度快，為了提高安 全性，內(nèi)部設(shè)有保護電路。它還具有高抗干擾能力，可實現(xiàn) IGBT 的最優(yōu)驅(qū)動。下面將分立元件組成的驅(qū)動電路和集成驅(qū)動電路做一下簡單的比較，以此來說明集成驅(qū)動電路的優(yōu)越性。 由分立元件組成的驅(qū)動電路 如圖 4 為由脈沖變壓器組成的柵極驅(qū)動電路。其工作原理為：正向驅(qū)動信號使 VT1導(dǎo)通，電源電壓作用于脈沖變壓器一次側(cè)，二次電壓經(jīng)二極管 VD VD3和門集電阻 Rg 后作用于 IGBT，使 IGBT 導(dǎo)通。晶體管 VT2 由于基極反向偏置而截至。 10 R 1R 2RgVD 1VD 2 VD 3VSVT 2TPIGBTVT 11 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 14 15EX B8 41 圖 4 由分立 元件組成的 驅(qū)動電路 當(dāng)驅(qū)動信號為零時， VT1 截止，一次勵磁電流經(jīng) VD1 和 VS迅速衰減，使在脈沖間隙期間脈沖變壓器的磁通回零。變壓器二次側(cè)的反向電壓經(jīng) R2 加到二極管 VD2 上。 IGBT 門極結(jié)電容上的電荷經(jīng) Rg 和 VT2 放掉， R2為 VT2 的偏流電阻。 此電路的優(yōu)點：這種電路不用獨立的驅(qū)動電源，驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)簡單，脈沖變化時，驅(qū)動電壓幅值不變，可用于各種容量的 IGBT 的驅(qū)動。 此電路的缺點：截止時沒有門極反向電壓，抗干擾能力不強。這種電路適用于驅(qū)動占空比小于 50%的高頻場合。 集成驅(qū)動電路 （ 1）芯片介紹及功能原理圖 EXB841 芯片是單列直插式結(jié)構(gòu)，如圖 5所示，各引腳的功能見表 1。圖 5 中 3 腳為驅(qū)動的輸出端，通過電阻 Rg 接被驅(qū)動的 IGBT 的柵極； 4 腳用于外接電容，防止電流保護電路的誤動作； 5腳為過電路保護電路的輸出信號，低電平有效； 6腳接 IGBT 的集電極，通過檢測 Uce 的大小來判斷是否發(fā)生短路或集電極電流過大，從而進行自動保護。 EXB841的功能塊圖如圖 6所示。 11 15145623194 過電流保護電路 圖 5 EXB841 芯片引腳圖 引腳號 功能 引腳號 功能 1 與用于反向偏置電源的濾波電容連接 8 懸空 2 電源（ +20V） 9 電源地 3 驅(qū)動輸出端 11 懸空 4 用于連接外部電容，以防止過流保護電路的誤動作（絕大部 分場合不需要此電路） 14 驅(qū)動信號輸入（ ）端 5 過流保護輸出端 15 驅(qū)動信號輸入（ +）端 6 集電極電壓輸出端 表 1 EXB841 的引腳功能表
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