【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 誤 !未找到引用源。 到 10％ 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 所需的時(shí)間， 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 定義為 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 從 10％ 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 上升至 90％ 錯(cuò)誤 !未找到引用源。所需要的時(shí)間，如圖 。 圖 IGBT 的開關(guān)特性 IGBT 的關(guān)斷過程是從正向?qū)顟B(tài)轉(zhuǎn)換到正向阻斷狀態(tài)的過程。關(guān)斷時(shí)間錯(cuò)誤 !未找到引用源。 定義為從驅(qū)動(dòng)電壓 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 的脈沖后沿下降到90％ 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 處起至集電極電流下降到 10％ 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 處所經(jīng)過的時(shí)間。 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 又可分為關(guān)斷延遲時(shí)間 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 和電流下降時(shí)間 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 兩部分。 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 是從 90％ 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 至 90％ 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 所需的時(shí)間； 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 是指90％ 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 下降至 10％ 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 所需的時(shí)間， 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 由 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 (由 IGBT中的 MOS管決定 )和 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 (由 IGBT中的 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 晶體管決定 )兩部分組成。 IGBT 的開關(guān)時(shí)間與集電極電流、柵極電阻以及結(jié)溫等參數(shù)有關(guān)。隨著集電 IGBT三相逆變電源設(shè)計(jì) 8 極電流 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 和柵極電阻 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 的增加，其中 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 對(duì)開關(guān)時(shí)間影響較大。 (2) IGBT的通態(tài)壓降低。在大電流段是同一耐壓規(guī)格的 VDMOS的 1/10左右。在小電流段的 1/2額定電流以下通態(tài)壓降有負(fù)溫度系數(shù)，因此 IGBT在并聯(lián)使用是具有電流自動(dòng)調(diào)節(jié)能力。 (3) IGBT 的集電極電流最大值 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 。在 IGBT 管中由 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 來控制 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 的大小，當(dāng) 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 大到一定的程度時(shí)， IGBT中寄生的 NPN和 PNP晶體管處于飽和狀態(tài)，柵極 G失去對(duì)集電極電流 Ic 的控制作用，這叫擎住效應(yīng)。 IGBT 發(fā)生擎住效應(yīng)后， 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 大、功耗大，最后使器件損壞。為此，器件出廠時(shí)必須規(guī)定集電極電流的最大值 錯(cuò)誤 !未找到引用 源。 ，以及與此相應(yīng)的柵極－發(fā)射極最大電壓 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 。集電極電流值超過 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 時(shí)， IGBT產(chǎn)生擎住效應(yīng)。另外器件在關(guān)斷時(shí)電壓上升率 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 太大也會(huì)產(chǎn)生擎住效應(yīng)。 (4) IGBT的安全工作區(qū)比 GTR寬，而且還具有耐脈沖電流沖擊的能力。 IGBT在開通時(shí)為正向偏置，其安全工作區(qū)稱為正偏安全工作區(qū) FBSOA，如圖 (a)所示， IGBT 的導(dǎo)通時(shí)間越長(zhǎng)，發(fā)熱越嚴(yán)重，安全工作區(qū)越小。 IGBT 在關(guān)斷時(shí)為反向偏置，其安全工作區(qū)稱為反偏安全工作區(qū) RBSOA，如圖 (b)所示，RBSOA 與電壓上升率 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 有關(guān)， 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 越大，RBSOA 越小。在使用中一般通過選擇適當(dāng)?shù)?UCE 和柵極驅(qū)動(dòng)電阻控制 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ，避免 IGBT因 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 過高而產(chǎn)生擎住效應(yīng)。 IGBT三相逆變電源設(shè)計(jì) 9 圖 IGBT 的安全工作區(qū) (5)IGBT的輸入阻抗高，可達(dá) 109－ 1011歐姆數(shù)量級(jí)，呈純電容性，驅(qū)動(dòng)功率小，這些與 VDMOS相似。 (6)與 VDMOS 和 GTR 相比， IGBT 的耐壓可以做得更高，最大允許電壓UCEM可達(dá)到 4500伏以上。 (7)IGBT 的最高允 許結(jié)溫為 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 。 VDMOS 的通態(tài)壓降隨結(jié)溫升高而顯著增加，而 IGBT的通態(tài)壓降在室溫和最高結(jié)溫之間變化很小，具有良好的溫度特性。 IGBT 的保護(hù) IGBT與電力 MOSFET管一樣具有極高的輸入阻抗，容易造成靜電擊穿，故在存放和測(cè)試時(shí)應(yīng)采取防靜電措施。 IGBT 作為一種大功率電力電子器件常用于大電流、高電壓的場(chǎng)合，對(duì)其采取保護(hù)措施，以防器件損壞顯得非常重要。 IGBT 應(yīng)用于電力系統(tǒng)中，對(duì)于正常過載（如電機(jī)起動(dòng)、濾波電容的合閘沖擊以及 負(fù)載的突變等）系統(tǒng)能自動(dòng)調(diào)節(jié)和控制，不至于損壞 IGBT。對(duì)于非正常的短路故障要實(shí)行過流保護(hù)。通常的做法是： (1) 切斷柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)。只要檢測(cè)出過流信號(hào)，就在 2us 內(nèi)迅速撤除柵極信號(hào)。 (2) 當(dāng)檢測(cè)到過流故障信號(hào)時(shí)，立即將柵壓降到某一電平，同時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器，在定時(shí)器到達(dá)設(shè)定值之前，若故障消失，則柵壓又恢復(fù)到正常工作值；若定時(shí)器到達(dá)設(shè)定值時(shí)故障仍未消除，則把柵壓降低到零。這種保護(hù)方案要求保護(hù)電路在 IGBT三相逆變電源設(shè)計(jì) 10 12??s 內(nèi)響應(yīng)。 利用緩沖電路能對(duì) IGBT實(shí)行過電壓抑制并抑制過量的電壓變化率 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 。但由于 IGBT 的安全工作區(qū)寬，因此，改變柵極電阻的大小，可減弱 IGBT對(duì)緩沖電路的要求。然而，由于 IGBT控制峰值電流能力比 VDMOS強(qiáng)，因此在有些應(yīng)用中可不用緩沖電路。 利用溫度傳感器檢測(cè) IGBT的殼溫，當(dāng)超過允許溫度時(shí)主電路跳閘以實(shí)現(xiàn)過熱保護(hù)。 通常，把交流電變成直流電的過程叫做整流；完成整流功能的電路叫做整流電路。與之相對(duì)應(yīng)，把直流電變成交流電的過程叫做逆變，完成逆變功能的電路則稱為逆變電路，而實(shí)現(xiàn)逆變過程的裝置叫做逆變?cè)O(shè) 備或逆變器。 現(xiàn)代逆變技術(shù)就是研究現(xiàn)代逆變電路的理論和應(yīng)用設(shè)計(jì)方法的一門科學(xué)。這們學(xué)科是建立在工業(yè)電子技術(shù)、半導(dǎo)體器件技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)、現(xiàn)代電力電子技術(shù)、半導(dǎo)體變流技術(shù)、脈寬調(diào)制（ PWM）技術(shù)、磁性材料等學(xué)科基礎(chǔ)之上的一門實(shí)用技術(shù)。 現(xiàn)代逆變技術(shù)種類很多，其主要的分類方式如下： (1) 按逆變器輸出交流的頻率，可分為工頻逆變（ 50∽ 60Hz）、中頻逆變(400Hz到十幾 KHz)、高頻逆變 (十幾 KHz到 MHz)。 (2) 按逆變器輸出的相數(shù)，可分為單相逆變、三相逆變和多相逆變。 (3) 按輸出能量的去向，可分為有源逆變和無源逆變。 (4) 按逆變主電路的形式，可分為單端式、推挽式、半橋式和全橋式逆變。 (5) 按逆變主開關(guān)器件的類型，可分為晶閘管逆變、晶體管逆變、場(chǎng)效應(yīng)管逆變、 IGBT逆變等等。 IGBT三相逆變電源設(shè)計(jì) 11 (6) 按輸出穩(wěn)定的參量，可分為電壓型逆變和電流型逆變。 (7) 按輸出電壓或電流的波形，可分為正弦波輸出逆變和非正弦波輸出逆 (8) 按控制方式，可分為調(diào)頻式（ PFM）逆變和調(diào)脈寬式（ PWM）逆變 . (9) 按逆變開關(guān)電路的工作方式，可分為諧振式逆變、定頻硬開關(guān)式逆變和定頻軟開關(guān)式逆變 。 圖 (a)為單相橋式逆變電路， S1S4 是橋式電路的 4 個(gè)臂，它們由電力電子器件及其輔助電路組成。當(dāng)開關(guān) S S4閉合， S S3斷開時(shí)，負(fù)載電壓 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 為正；當(dāng)開關(guān) S S4斷開， S S3閉合時(shí)， ou 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 為負(fù)，其波形如圖 (b)所示。 這樣，就把直流電變成交流電，改變兩組開關(guān)的切換頻率，即可改變輸出交流電的頻率。這就是逆變電路的最基本的工作原理。 (a) (b) 圖 當(dāng)負(fù)載為電阻 io時(shí) 。 t1負(fù)載電流 io 和電壓 uo的波形 形狀相同，相位也相同。當(dāng)負(fù)載為阻感時(shí)， i0相位 uo滯后于 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ，兩者波形的形狀也不同，圖 (b)給出的就是阻感負(fù)載時(shí) 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 波形。設(shè) 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 uo 時(shí)刻以前 S S4導(dǎo)通 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 uo 和 io均為正。在 uo 刻斷開 S S4，同時(shí)合上 S S3，則 uo的極性立刻變?yōu)樨?fù)。但是因?yàn)樨?fù)載中有電感，其電流極性不能立刻改變而仍維持原方向。這時(shí)負(fù)載電流從直流電源 負(fù)極流出，經(jīng) S負(fù)載和 S3流回正極，負(fù)載電感中儲(chǔ)存的能量向直流電源反饋，負(fù)載電流逐漸減小，到 t2 時(shí)刻降為零，之后 i0才反向并逐漸增大。 S S3斷開，S S4閉合時(shí)的情況類似。上面是 S1S4均為理想開關(guān)時(shí)的分析，實(shí)際電路的S1 S2 S4 S3 Uo Ud 1t IGBT三相逆變電源設(shè)計(jì) 12 工作過程要復(fù)雜一些。 圖 中， S S2 表示由兩個(gè)電力半導(dǎo)體器件組成的導(dǎo)電臂，電流從一個(gè)臂向另一個(gè)臂轉(zhuǎn)移的過程稱為換流（或換相）。在換流過程中，有的臂從導(dǎo)通到關(guān)斷，有的臂從關(guān)斷到導(dǎo)通。要使某一臂導(dǎo)通，只要給組成該導(dǎo)電臂的器件的控制極施加適當(dāng)?shù)男盘?hào)， 但要使某一臂關(guān)斷，情況就復(fù)雜多了。全控型器件可以用適當(dāng)?shù)目刂茦O信號(hào)使其關(guān)斷，而半控型晶閘管，必須利用外部條件或采取一定的措施才能使其關(guān)斷。晶閘管要在電流過零以后再施加一定時(shí)間的反向電壓，才能使其關(guān)斷。 S1 S2i 圖 換流 一般來說，換流方式可分為以下幾種： (1) 器件換流。利用全控型電力電子器件自身具有的關(guān)斷能力進(jìn)行換流，稱為器件換流。 (2) 電網(wǎng)換流。由電網(wǎng)提供換流電壓稱為電網(wǎng)換流。整流電路的換流方式就是電網(wǎng)換流。 (3) 負(fù)載換流。由負(fù)載提供換流電壓，凡是負(fù)載電流的相位超前電壓的場(chǎng)合，都可實(shí)現(xiàn)負(fù)載換流。 (4) 脈沖換流。設(shè)置附加的換流電路，由換流電路內(nèi)的電容提供換流電壓，稱為脈沖換流，有時(shí)也稱為強(qiáng)迫換流或電容換流。脈沖換流有脈沖電壓換流和脈沖電流換流兩種。 在上述四種換流方式中，器件換流只適應(yīng)于全控型器件，其余三種方式主要 IGBT三相逆變電源設(shè)計(jì) 13 是針對(duì)晶閘管而言。 逆變電路根據(jù)直流側(cè)電源的性質(zhì)的不同可分為兩種：直流側(cè)是電壓源的稱為電壓型逆變電路；直流側(cè)是電流源的稱為電流型逆變電路。在本文中，我們主要討論三相電壓型逆變 電路的基本構(gòu)成、工作原理和特性，圖 。 圖 三相電壓型逆變電路 電壓型逆變電路有以下一些特點(diǎn)： ，或并聯(lián)有大電容，相當(dāng)于電壓源。直流側(cè)電壓基本無脈動(dòng)，直流回路呈現(xiàn)低阻抗。 ，交流側(cè)輸出電壓波形為矩形波，并且與負(fù)載阻抗角無關(guān)。而交流側(cè)輸出電流波形和相位因負(fù)載阻抗情況的不同而不同。 ，直流側(cè)電容起緩沖無功能量的作用。為了給交流側(cè)向直流側(cè)反饋的無功能量提供通道，逆變橋各臂都并聯(lián)了反饋二極管。 下面，我們討論 一下三相全橋電壓型逆變電路。 在圖 所示電路中，電路的直流側(cè)通常只有一個(gè)電容器就可以了，但為了方便分析，畫作串聯(lián)的兩個(gè)電容器并標(biāo)出假想中點(diǎn) 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 。和單相半橋、全橋逆變電路相同，三相電壓型橋式逆變電路的基本工作方式也是 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 80176。導(dǎo)電方式，即每個(gè)橋臂的導(dǎo)電角度為 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 80176。，同一相（即同一半橋）上下兩個(gè)臂交替導(dǎo)電，各相開始導(dǎo)電的角度以此相差 錯(cuò)誤 ! IGBT三相逆變電源設(shè)計(jì) 14 未找到引用源。 。這樣，在任一瞬間，將有三個(gè)橋臂同時(shí)導(dǎo)通?？赡苁巧厦嬉粋€(gè)臂下面兩個(gè)臂，也可能是上面兩個(gè)臂下面一個(gè)臂同時(shí)導(dǎo)通。因?yàn)槊看螕Q流都是在同一相上下兩個(gè)橋臂之間進(jìn)行，因此也被稱為縱向換流。 圖 以下分析三相電壓型橋式逆變電路的工作波形。對(duì)于 U相輸出來說，當(dāng)橋臂 1導(dǎo)通時(shí)， 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ，當(dāng)橋臂 4導(dǎo)通時(shí)， 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 。因此， uUN’的波形是幅值為 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 的矩形 波。 V、 W兩相的情況和 U相類似， uUN’、 uWN’的波形狀 和 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 相同，只是相位依次差 120176。負(fù)載線電壓可由下式 求出： 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 () 設(shè)負(fù)載中點(diǎn) N與直流電源假想中點(diǎn) 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ’之間的電壓為 uNN’，則負(fù)載各相的相電壓分別為： IGBT三相逆變電源設(shè)計(jì) 15 錯(cuò)誤 !未 找到引用源。 ???????????39。 NN W N 39。WN N N 39。 VN 39。VN N N 39。 UN 39。UNuuuuuuuuu () 三相電壓型橋式逆變電路的工作波形如圖 。 下面對(duì)三相橋式逆變電路的輸出電壓進(jìn)行定量分析。把輸出線電壓展開成傅里葉級(jí)數(shù)得： 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 () 式中， ， 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 為自然數(shù)。 輸出線電壓 有效值為 2 201 0 . 8 1 62U V U V dU u d t U? ????? () 基波幅值 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 和基波有效值 錯(cuò)誤 !未找到引用源。分別為 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ； 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 () 接下來，我們?cè)賹?duì)負(fù)載相電壓 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 進(jìn)行分析。把 錯(cuò)