【導讀】在很多情況下，用戶所需的電能必須將直流電變換成交流電才能使用，或者將不。高供電質量等領域的至關重要的環(huán)節(jié)。電能的生產(chǎn)、交換、使用在很大程度上可以影。電力的生產(chǎn)，那么節(jié)約電力，減少電力的浪費，將是我們應該重視的問題。度減輕對環(huán)境的危害。因此，對IGBT驅動電路及逆變器系統(tǒng)做進一步的研究有著重要的意義。各種性能不同的逆變器系統(tǒng)，例如：按功率流動的方向可分為單向逆變和雙向逆變，器的變換效率和工作可靠性也是現(xiàn)在研究的重點內容。良好的驅動電路是設計逆變器系統(tǒng)的關鍵因素。數(shù)字控制以其諸多的優(yōu)點正逐步取代模擬控制。合是目前的實用的主流。而高頻、高性能、高功能因素和低污染的PWM逆變器成為。及歐美各國不斷研制出高頻率和低損耗的IGBT，使得PWM逆變器的性能更加優(yōu)越，設計PWM逆變器控制電路，并對電路的組成原理及構成部分進行分析。本次設計為電壓型的三相三線制SPWM逆變器系統(tǒng)。PWM控制電路的設計，逆變橋式電路的設計。

　　

【正文】 極電流的最大值； rmaxt ――功率開關管關斷電壓的上升時間的最大值； CCV ――直流輸入側的直流電源電壓。 放電電阻 R的選擇應考慮以下兩點： (1)在 IGBT導通期間，緩沖電容 C上的電荷應 (通過放電電阻 R)全部放完，則應滿足 式 (42)： onmin(3~ 5)tR C? (42) 畢業(yè)設計 32 式中的 onmint ――功率開關管導通時間的最小值。 (2)在 IGBT導通時，緩沖電容 C(通過放電電阻 R)的放電電流 Idis不能太大，一般取以上兩式來選取放電電阻 R的數(shù)值。 dis CC /I V R? (43) 放電電阻的功耗 RP 為 式 (44): 2R CC /2P CV f? (44) 式中 f――IGBT的開關頻率。 過電流及過載保護 IGBT的過流保護電路可分為 2類：一類是低倍數(shù)的 (~ )的過載保護；一類是高倍數(shù)可達 (8~10倍 )的短路保護。 對于過載保護不必快速響應，可采用集中式保護，即檢測輸入端或直流環(huán)節(jié)的總電流，當此電流超過設定值后比較器翻轉，封鎖所有 IGBT驅動器的輸入脈沖，使輸出電流降為零。這種過載電流保護，一旦動作后，要通過復位才能恢復正常工作。 IGBT能承受很短時間的短路電流，能承受短路電流的時間與該 IGBT的導通飽和壓降有關，隨著飽和導通壓降的增加而延長。如飽和壓降小于 2V的 IGBT允許承受的短路時間小于 5181。s，而飽和壓降 3V的 IGBT允許承受的短路時間可達 15181。s， 4~5V時可達 30181。s以上。存在以上關系是由于隨著飽和導通壓降的降低， IGBT的阻抗也降低，短路電流同時增大，短路時的功耗隨著電流的平方加大，造成承受短路的時間迅速減小。 通常采取的保護措施有軟關斷和降柵壓 2種。軟關斷指在過流和短路時，直接關斷 IGBT。但是，軟關斷抗騷擾能力差，一旦檢測到過流信號就關斷，很容易發(fā)生誤動作。為增加保護電路的抗騷擾能力，可在故障信號與啟動保護電路之間加一延時，不過故障電流會在這個延時內急劇上升，大大增加了功率損耗，同時還會導致器件的/di dt 增大。所以往往是保護電路啟動了，器件仍然壞了 [19]。 降柵壓旨在檢測到器件過流時，馬上降低柵壓，但器件仍維持導通。降柵壓后設有固定延時，故障電流在這一延時期內被限制在一較小值，則降低了故障時器件的功耗，延長了器件抗短路的時間，而且能夠降低器件關斷時的 /di dt ，對器件保護十分有利。若延時后故障信號依然存在，則關斷器件，若故障信號消失，驅動電路可自動恢復正常的工作狀態(tài)，因而大大增強了抗騷擾能力。上述降柵壓的方法只考慮了柵壓畢業(yè)設計 33 與短路電流大小的關系，而在實際過程中，降柵壓的速度也是一個重要因素，它直接決定了故障電流下降的 /di dt 。慢降柵壓技術就是通過限制降柵壓的速度來控制故障電流的下降速率，從而抑制器件的 /dv dt 和 ICE的峰值。圖 42給出了實現(xiàn)慢降柵壓的具體電路。 圖 42 實現(xiàn)慢降柵壓的電路 正常工作時，因故障檢測二極管 VD?的導通，將 a點的電壓鉗位在穩(wěn)壓二極管 ZD?的擊穿電壓以下，晶體管 VT?始終保持截止狀態(tài)。 V通過驅動電阻 R?正常開通和關斷。電容 C?為硬開關應用場合提供一很小的延時，使得 V開通時 ICE有一定的時間從高電壓降到通態(tài)壓降，而不使保護電路動作。 當電路發(fā)生過流和短路故障時， V上的 ICE上升， a點電壓隨之上升，到一定值時，ZD?擊穿， VT?開通， b點電壓 下降，電容 C?通過電阻 R?充電，電容電壓從零開始上升，當電容電壓上升到約 ，晶體管 VT?開通，柵極電壓 UGE隨電容電壓的上升而下降，通過調節(jié) C?的數(shù)值，可控制電容的充電速度，進而控制 UGE的下降速度；當電容電壓上升到穩(wěn)壓二極管 ZD?的擊穿電壓時， ZD?擊穿 ， UGE被鉗位在一固定的數(shù)值上，慢降柵壓過程結束，同時驅動電路通過光耦輸出過流信號。如果在延時過程中，故障信號消失了，則 a點電壓降低， VT?恢復截止， C?通過 R?放電， d點電壓升高， VT?也恢復截止， UGE上升，電路恢復正常工作狀態(tài)。 過熱保護 畢業(yè)設計 34 IGBT器件的特性和安全工作區(qū)與溫度密切相關，當器件結溫升高時，其安全工作區(qū)將縮小，如果器件開關軌跡不變，將可能超出安全工作區(qū)而損壞。 同時 IGBT的結溫不能超過 125186。C，不宜長期工作在較高溫度下。 由于器件在工作過程中具有導通損耗和開關損耗，本身就是發(fā)熱源，因此在設計和使用時要非常注意器件的熱保護。 常用的熱保護措施有： (1)加強散熱措施，將溫升控制在安全范圍內。限制溫升是熱保護的基礎。根據(jù)設備運行特點和使用環(huán)境條件，選用適當?shù)睦鋮s方式、散熱材料，設計合理的傳熱機構。 (2)結溫降額使用：器 件的結溫通常指芯片的平均溫度，由于功率器件芯片較大，溫度分布不均勻，因此，局部可能出現(xiàn)高于允許結溫的過熱點，導致器件損壞。使用過程中，必須降額使用，降額幅度視環(huán)境溫度和設備可靠性要求不同而不同。 (3)監(jiān)控工作溫度，實行過溫保護，常用方式為溫度繼電器保護。溫度繼電器為雙金屬熱應變結構，當溫度發(fā)生變化時，熱應變使繼電器接點動作。溫度繼電器通常安裝在散熱器上，接點可接在主電路和控制電路中，當檢測到器件溫度超過設定閥值后，直接切斷主回路或通過控制電路停止設備工作 [20]。 本 設計 采用普通散熱器與強迫風冷相結合的措 施，并在控制電路上加過熱檢測保護電路， 以 應對 IGBT與散熱器接觸不良或者非正常情況，在 IGBT散熱片上安裝熱敏電阻，然后通過邏輯判斷電路給出信號，供控制電路處理 。 圖 43 過熱檢測保護電路 圖 43為本設計所采用的過熱檢測保護電路。 其工作原理為： K處接上具有正溫度系數(shù)的熱敏電阻 RT， 1， 2為連接到散熱片的結點， Thref為參考電壓，可以通過調節(jié)電位器 RP1來調節(jié)動作門檻值。電路正常工作時， 芯片端口 2電位 比 端口 3電位低， 端口 1輸出信號 THP為高電平， THP信號 輸入到正弦波脈寬調制控制器 SM2020異常中斷畢業(yè)設計 35 端口 ，當 信號 THP為高電平時， SM2020正常輸出 SPWM波。當 器件溫度超過極限時，熱敏電阻值升高， 端口 2的 電位高于 端口 3的 電位， 端口 1輸出低電平， 輸出信號 THP變?yōu)榈碗娖?， SM2020不再輸出 SPWM波， 從而關斷 IGBT，實現(xiàn)過熱保護。 畢業(yè)設計 36 第 5 章 結論與展望 結論 本次設計基本完成了各項要求，并且對組成整個逆變器系統(tǒng)的各個部分進行了詳細的分析，首先從原理上進行了分析，其次對各部分的組成電路也進行了仔細的探討，不過最后由于時間的問題沒有在實驗室進行軟件仿真，因而對整個系統(tǒng)的認識也只是停 留在理論上的分析和解釋，沒有能夠對系統(tǒng)進行誤差效果的深入分析是本設計的一個缺點，另外，對系統(tǒng)的反饋控制沒有進行詳細的分析，使得設計顯得 不太完整。盡管這次設計已經(jīng)完成，但以后的學習更應該堅持到底，將本設計沒有完善的部分做的更好。 經(jīng)過這次畢業(yè)設計，自己 的確 學到了不少東西。歸納起來，主要有以下 幾個方面 ： (1)學會了怎樣查閱資料和利用工具書。 面對眾多的資料，必須一點一點的去采集對自己有用的東西， 平時課堂上所學習的知識大多比較陳舊，由于專業(yè)特點自己更要積極查閱當前的最新資料。要去有針對性地查找資料，然后加以吸收利 用，以提高自己的應用能力，增長自己見識 。 (2)學會了如何去安排整個設計的步驟，并如何去逐步地完成各項工作。萬事開頭難， 畢業(yè)設計能夠從理論設計和工程實踐相結合、鞏固基礎知識與培養(yǎng)創(chuàng)新意識相結合、個人作用和集體協(xié)作相結合等方面培養(yǎng) 我們 的 綜合 素質。 本 次系統(tǒng)的畢業(yè)設計的經(jīng)驗將會 在我 未來的 工作和學習當中 起到很大的 幫助。 (3)本次 畢業(yè)設計 也使得自己 對以前學過的理論知識 從新進行了一次梳理 ，并對其加以進一步的消化和鞏固。 同時，也 培養(yǎng)了 我 嚴肅認真和實事求是的 學習 態(tài)度 以及吃苦耐勞的精神 。 這次畢業(yè)設計收獲很大，盡管設計做 的不是很完善，但是卻是自己大學四年知識的一次綜合應用，在設計當中也遇到了不少的困難，但自己還是堅持把這份設計盡自己最大的努力完成好，為自己大學四年的知識做一個認真的總結。相信我在未來的工作崗位上認真學習新的知識以應對更大更多的挑戰(zhàn)。 展望 畢業(yè)設計 37 現(xiàn)在，電力電子器件的控制已經(jīng)基本實現(xiàn)了數(shù)字控制，盡管在本次設計中并沒有將數(shù)字控制作為整個逆 變系統(tǒng)的主要控制方式，但數(shù)字控制在逆變器系統(tǒng)應用卻將是未來的主要 發(fā)展方向， 數(shù)字控制的優(yōu)點主要有： (1)可以實現(xiàn)復雜的控制算法 (如空間矢量控制、直接轉矩控制及重復控制等 )，以提高變換器的輸出性能； (2)方便程序代碼的移植、升級和維護，勿需對硬件電路進行大的調整； (3)數(shù)字化產(chǎn)品一致性好，受噪聲和溫漂的影響小，適合于大規(guī)模生產(chǎn)和應用于強干擾性的場合； (4)便于遠程實時監(jiān)控，在航空航天電源、無人值守的電站及分布式供電系統(tǒng)等重要場所， 數(shù)字控制技術具有重要的應用價值。 如果能在本設計的基礎上增加高效的工作電壓、電流、功率等檢測電路，通過微處理器處理，然后送到顯示控制系統(tǒng)，這樣的話將會實現(xiàn)自動化控制 ，那么整個三相逆變器系統(tǒng)將會更加完善，并帶來工作上的便利，在以后的工作和學習過程中 ，我相信自己能夠將自己的這次設計沒有做到的部分努力地做到進一步的完善。 畢業(yè)設計 38 參考文獻 [1] 劉鳳君 .Delta 逆變技術及其在交流電源中的應用 [M]. 北京： 機械工業(yè)出版社 , 2020. 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