【導(dǎo)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(zhì)量等領(lǐng)域的至關(guān)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(fèi)，將是我們應(yīng)該重視的問題。度減輕對(duì)環(huán)境的危害。因此，對(duì)IGBT驅(qū)動(dòng)電路及逆變器系統(tǒng)做進(jìn)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(dòng)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(diǎn)內(nèi)容。良好的驅(qū)動(dòng)電路是設(shè)計(jì)逆變器系統(tǒng)的關(guān)鍵因素。數(shù)字控制以其諸多的優(yōu)點(diǎn)正逐步取代模擬控制。合是目前的實(shí)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(guó)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(shè)計(jì)PWM逆變器控制電路，并對(duì)電路的組成原理及構(gòu)成部分進(jìn)行分析。本次設(shè)計(jì)為電壓型的三相三線制SPWM逆變器系統(tǒng)。PWM控制電路的設(shè)計(jì)，逆變橋式電路的設(shè)計(jì)。

　　

【正文】 極電流的最大值； rmaxt ――功率開關(guān)管關(guān)斷電壓的上升時(shí)間的最大值； CCV ――直流輸入側(cè)的直流電源電壓。 放電電阻 R的選擇應(yīng)考慮以下兩點(diǎn)： (1)在 IGBT導(dǎo)通期間，緩沖電容 C上的電荷應(yīng) (通過放電電阻 R)全部放完，則應(yīng)滿足 式 (42)： onmin(3~ 5)tR C? (42) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 32 式中的 onmint ――功率開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)間的最小值。 (2)在 IGBT導(dǎo)通時(shí)，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(guān)頻率。 過電流及過載保護(hù) IGBT的過流保護(hù)電路可分為 2類：一類是低倍數(shù)的 (~ )的過載保護(hù)；一類是高倍數(shù)可達(dá) (8~10倍 )的短路保護(hù)。 對(duì)于過載保護(hù)不必快速響應(yīng)，可采用集中式保護(hù)，即檢測(cè)輸入端或直流環(huán)節(jié)的總電流，當(dāng)此電流超過設(shè)定值后比較器翻轉(zhuǎn)，封鎖所有 IGBT驅(qū)動(dòng)器的輸入脈沖，使輸出電流降為零。這種過載電流保護(hù)，一旦動(dòng)作后，要通過復(fù)位才能恢復(fù)正常工作。 IGBT能承受很短時(shí)間的短路電流，能承受短路電流的時(shí)間與該 IGBT的導(dǎo)通飽和壓降有關(guān)，隨著飽和導(dǎo)通壓降的增加而延長(zhǎng)。如飽和壓降小于 2V的 IGBT允許承受的短路時(shí)間小于 5181。s，而飽和壓降 3V的 IGBT允許承受的短路時(shí)間可達(dá) 15181。s， 4~5V時(shí)可達(dá) 30181。s以上。存在以上關(guān)系是由于隨著飽和導(dǎo)通壓降的降低， IGBT的阻抗也降低，短路電流同時(shí)增大，短路時(shí)的功耗隨著電流的平方加大，造成承受短路的時(shí)間迅速減小。 通常采取的保護(hù)措施有軟關(guān)斷和降柵壓 2種。軟關(guān)斷指在過流和短路時(shí)，直接關(guān)斷 IGBT。但是，軟關(guān)斷抗騷擾能力差，一旦檢測(cè)到過流信號(hào)就關(guān)斷，很容易發(fā)生誤動(dòng)作。為增加保護(hù)電路的抗騷擾能力，可在故障信號(hào)與啟動(dòng)保護(hù)電路之間加一延時(shí)，不過故障電流會(huì)在這個(gè)延時(shí)內(nèi)急劇上升，大大增加了功率損耗，同時(shí)還會(huì)導(dǎo)致器件的/di dt 增大。所以往往是保護(hù)電路啟動(dòng)了，器件仍然壞了 [19]。 降柵壓旨在檢測(cè)到器件過流時(shí)，馬上降低柵壓，但器件仍維持導(dǎo)通。降柵壓后設(shè)有固定延時(shí)，故障電流在這一延時(shí)期內(nèi)被限制在一較小值，則降低了故障時(shí)器件的功耗，延長(zhǎng)了器件抗短路的時(shí)間，而且能夠降低器件關(guān)斷時(shí)的 /di dt ，對(duì)器件保護(hù)十分有利。若延時(shí)后故障信號(hào)依然存在，則關(guān)斷器件，若故障信號(hào)消失，驅(qū)動(dòng)電路可自動(dòng)恢復(fù)正常的工作狀態(tài)，因而大大增強(qiáng)了抗騷擾能力。上述降柵壓的方法只考慮了柵壓畢業(yè)設(shè)計(jì) 33 與短路電流大小的關(guān)系，而在實(shí)際過程中，降柵壓的速度也是一個(gè)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(shù)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(shí)現(xiàn)慢降柵壓的具體電路。 圖 42 實(shí)現(xiàn)慢降柵壓的電路 正常工作時(shí)，因故障檢測(cè)二極管 VD?的導(dǎo)通，將 a點(diǎn)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?fàn)顟B(tài)。 V通過驅(qū)動(dòng)電阻 R?正常開通和關(guān)斷。電容 C?為硬開關(guān)應(yīng)用場(chǎng)合提供一很小的延時(shí)，使得 V開通時(shí) ICE有一定的時(shí)間從高電壓降到通態(tài)壓降，而不使保護(hù)電路動(dòng)作。 當(dāng)電路發(fā)生過流和短路故障時(shí)， V上的 ICE上升， a點(diǎn)電壓隨之上升，到一定值時(shí)，ZD?擊穿， VT?開通， b點(diǎn)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(dāng)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(diào)節(jié) C?的數(shù)值，可控制電容的充電速度，進(jìn)而控制 UGE的下降速度；當(dāng)電容電壓上升到穩(wěn)壓二極管 ZD?的擊穿電壓時(shí)， ZD?擊穿 ， UGE被鉗位在一固定的數(shù)值上，慢降柵壓過程結(jié)束，同時(shí)驅(qū)動(dòng)電路通過光耦輸出過流信號(hào)。如果在延時(shí)過程中，故障信號(hào)消失了，則 a點(diǎn)電壓降低， VT?恢復(fù)截止， C?通過 R?放電， d點(diǎn)電壓升高， VT?也恢復(fù)截止， UGE上升，電路恢復(fù)正常工作狀態(tài)。 過熱保護(hù) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 34 IGBT器件的特性和安全工作區(qū)與溫度密切相關(guān)，當(dāng)器件結(jié)溫升高時(shí)，其安全工作區(qū)將縮小，如果器件開關(guān)軌跡不變，將可能超出安全工作區(qū)而損壞。 同時(shí) IGBT的結(jié)溫不能超過 125186。C，不宜長(zhǎng)期工作在較高溫度下。 由于器件在工作過程中具有導(dǎo)通損耗和開關(guān)損耗，本身就是發(fā)熱源，因此在設(shè)計(jì)和使用時(shí)要非常注意器件的熱保護(hù)。 常用的熱保護(hù)措施有： (1)加強(qiáng)散熱措施，將溫升控制在安全范圍內(nèi)。限制溫升是熱保護(hù)的基礎(chǔ)。根據(jù)設(shè)備運(yùn)行特點(diǎn)和使用環(huán)境條件，選用適當(dāng)?shù)睦鋮s方式、散熱材料，設(shè)計(jì)合理的傳熱機(jī)構(gòu)。 (2)結(jié)溫降額使用：器 件的結(jié)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(jié)溫的過熱點(diǎn)，導(dǎo)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(shè)備可靠性要求不同而不同。 (3)監(jiān)控工作溫度，實(shí)行過溫保護(hù)，常用方式為溫度繼電器保護(hù)。溫度繼電器為雙金屬熱應(yīng)變結(jié)構(gòu)，當(dāng)溫度發(fā)生變化時(shí)，熱應(yīng)變使繼電器接點(diǎn)動(dòng)作。溫度繼電器通常安裝在散熱器上，接點(diǎn)可接在主電路和控制電路中，當(dāng)檢測(cè)到器件溫度超過設(shè)定閥值后，直接切斷主回路或通過控制電路停止設(shè)備工作 [20]。 本 設(shè)計(jì) 采用普通散熱器與強(qiáng)迫風(fēng)冷相結(jié)合的措 施，并在控制電路上加過熱檢測(cè)保護(hù)電路， 以 應(yīng)對(duì) 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(hào)，供控制電路處理 。 圖 43 過熱檢測(cè)保護(hù)電路 圖 43為本設(shè)計(jì)所采用的過熱檢測(cè)保護(hù)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(jié)點(diǎn)， Thref為參考電壓，可以通過調(diào)節(jié)電位器 RP1來調(diào)節(jié)動(dòng)作門檻值。電路正常工作時(shí)， 芯片端口 2電位 比 端口 3電位低， 端口 1輸出信號(hào) THP為高電平， THP信號(hào) 輸入到正弦波脈寬調(diào)制控制器 SM2020異常中斷畢業(yè)設(shè)計(jì) 35 端口 ，當(dāng) 信號(hào) THP為高電平時(shí)， SM2020正常輸出 SPWM波。當(dāng) 器件溫度超過極限時(shí)，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(hào) THP變?yōu)榈碗娖?， SM2020不再輸出 SPWM波， 從而關(guān)斷 IGBT，實(shí)現(xiàn)過熱保護(hù)。 畢業(yè)設(shè)計(jì) 36 第 5 章 結(jié)論與展望 結(jié)論 本次設(shè)計(jì)基本完成了各項(xiàng)要求，并且對(duì)組成整個(gè)逆變器系統(tǒng)的各個(gè)部分進(jìn)行了詳細(xì)的分析，首先從原理上進(jìn)行了分析，其次對(duì)各部分的組成電路也進(jìn)行了仔細(xì)的探討，不過最后由于時(shí)間的問題沒有在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行軟件仿真，因而對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)也只是停 留在理論上的分析和解釋，沒有能夠?qū)ο到y(tǒng)進(jìn)行誤差效果的深入分析是本設(shè)計(jì)的一個(gè)缺點(diǎn)，另外，對(duì)系統(tǒng)的反饋控制沒有進(jìn)行詳細(xì)的分析，使得設(shè)計(jì)顯得 不太完整。盡管這次設(shè)計(jì)已經(jīng)完成，但以后的學(xué)習(xí)更應(yīng)該堅(jiān)持到底，將本設(shè)計(jì)沒有完善的部分做的更好。 經(jīng)過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，自己 的確 學(xué)到了不少東西。歸納起來，主要有以下 幾個(gè)方面 ： (1)學(xué)會(huì)了怎樣查閱資料和利用工具書。 面對(duì)眾多的資料，必須一點(diǎn)一點(diǎn)的去采集對(duì)自己有用的東西， 平時(shí)課堂上所學(xué)習(xí)的知識(shí)大多比較陳舊，由于專業(yè)特點(diǎn)自己更要積極查閱當(dāng)前的最新資料。要去有針對(duì)性地查找資料，然后加以吸收利 用，以提高自己的應(yīng)用能力，增長(zhǎng)自己見識(shí) 。 (2)學(xué)會(huì)了如何去安排整個(gè)設(shè)計(jì)的步驟，并如何去逐步地完成各項(xiàng)工作。萬事開頭難， 畢業(yè)設(shè)計(jì)能夠從理論設(shè)計(jì)和工程實(shí)踐相結(jié)合、鞏固基礎(chǔ)知識(shí)與培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)相結(jié)合、個(gè)人作用和集體協(xié)作相結(jié)合等方面培養(yǎng) 我們 的 綜合 素質(zhì)。 本 次系統(tǒng)的畢業(yè)設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)將會(huì) 在我 未來的 工作和學(xué)習(xí)當(dāng)中 起到很大的 幫助。 (3)本次 畢業(yè)設(shè)計(jì) 也使得自己 對(duì)以前學(xué)過的理論知識(shí) 從新進(jìn)行了一次梳理 ，并對(duì)其加以進(jìn)一步的消化和鞏固。 同時(shí)，也 培養(yǎng)了 我 嚴(yán)肅認(rèn)真和實(shí)事求是的 學(xué)習(xí) 態(tài)度 以及吃苦耐勞的精神 。 這次畢業(yè)設(shè)計(jì)收獲很大，盡管設(shè)計(jì)做 的不是很完善，但是卻是自己大學(xué)四年知識(shí)的一次綜合應(yīng)用，在設(shè)計(jì)當(dāng)中也遇到了不少的困難，但自己還是堅(jiān)持把這份設(shè)計(jì)盡自己最大的努力完成好，為自己大學(xué)四年的知識(shí)做一個(gè)認(rèn)真的總結(jié)。相信我在未來的工作崗位上認(rèn)真學(xué)習(xí)新的知識(shí)以應(yīng)對(duì)更大更多的挑戰(zhàn)。 展望 畢業(yè)設(shè)計(jì) 37 現(xiàn)在，電力電子器件的控制已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)了數(shù)字控制，盡管在本次設(shè)計(jì)中并沒有將數(shù)字控制作為整個(gè)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(yīng)用卻將是未來的主要 發(fā)展方向， 數(shù)字控制的優(yōu)點(diǎn)主要有： (1)可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制算法 (如空間矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制及重復(fù)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(jí)和維護(hù)，勿需對(duì)硬件電路進(jìn)行大的調(diào)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(yīng)用于強(qiáng)干擾性的場(chǎng)合； (4)便于遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)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(chǎng)所， 數(shù)字控制技術(shù)具有重要的應(yīng)用價(jià)值。 如果能在本設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上增加高效的工作電壓、電流、功率等檢測(cè)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(huì)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制 ，那么整個(gè)三相逆變器系統(tǒng)將會(huì)更加完善，并帶來工作上的便利，在以后的工作和學(xué)習(xí)過程中 ，我相信自己能夠?qū)⒆约旱倪@次設(shè)計(jì)沒有做到的部分努力地做到進(jìn)一步的完善。 畢業(yè)設(shè)計(jì) 38 參考文獻(xiàn) [1] 劉鳳君 .Delta 逆變技術(shù)及其在交流電源中的應(yīng)用 [M]. 北京： 機(jī)械工業(yè)出版社 , 2020. 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