【正文】 27 參考文獻(xiàn) [1]王兆安 .電力電子技術(shù) .北京 :電子工業(yè)出版社 ,1995:54112 [2]張乃國(guó) .電源技術(shù) .北京 :機(jī)械工業(yè)出版社 ,1998:2133 [3]何希才 .新型開關(guān)電源及其應(yīng)用 .北京 :人民郵電出版社 ,1996:1215 [4]莫正康 .電力電子應(yīng)用技術(shù) .北京 :機(jī)械工業(yè)出版社 ,2020:3356 [5]黃石生 .逆變理論與弧焊逆變器 .北京 :機(jī)械工業(yè)出版社， 1995:56121 [6]盧紅 .IGBT 驅(qū)動(dòng)保護(hù)與應(yīng)用技術(shù) .北京 :電力電子技術(shù)， 1993:121187 [7]周志敏 ,周紀(jì)海 .IGBT 和 IPM 及其應(yīng)用電路 .北京 :人民郵電出版社 ,2020:10206 [8]盛祖權(quán) .IGBT 模塊驅(qū)動(dòng)及保護(hù)技術(shù)電焊機(jī) .北京 :機(jī)械工業(yè)出版社 , 北京 :電力電子技術(shù) ,2020:2478 [9]魏克新 ,周秋茜 ,王麗娟 .IGBT 門極驅(qū)動(dòng)電路的研究電氣傳動(dòng) . 北京 :電力電子技術(shù) 1997:1417 [10]尹海 ,李思海 ,張光東 .IGBT 驅(qū)動(dòng)電路性能分析電力電子技術(shù) . 北京 :電力電子技術(shù) ,1998:156187 [12]張立 .現(xiàn)代電力電子技術(shù)基礎(chǔ) .北京 :高等教育出版社 ,1999:3438 [13]熊敏 .IGBT 驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路研究碩士論文 .太原：太原理工大學(xué) ,2020 28 附錄 。在此，對(duì)田老師表示衷心的感謝和崇高的敬意。 致謝 在論文的選題、方案的確定、系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，自始自終得到了導(dǎo)師田老師的悉心指導(dǎo)，并且給 我提供了一些有用的資料，在論文的大方向方面田老師也給了我指導(dǎo)，使論文工作得以順利完成。 SPWM 發(fā)生電路的分析研究也是本文的重點(diǎn)，介紹了一些常用集成芯片的應(yīng)用。在研究了 ExB841 驅(qū)動(dòng)原理的基礎(chǔ)上，基于它給出了基本應(yīng)用電路，再結(jié)合這些問題設(shè)計(jì)了實(shí)用性較強(qiáng)的優(yōu)化驅(qū)動(dòng)電路。 SPWM 變頻調(diào)速專用芯片很多，根據(jù)開發(fā)或研制變頻調(diào)速的 要求與需要參考選用。 TRIP：該引腳輸出一個(gè)鎖存狀態(tài)，當(dāng) SET TRIP 有效時(shí)， TRIP 為低電平，表示輸出已被封鎖。 RPHB、 YPHB、 BPHB 這三個(gè)引腳通過驅(qū)動(dòng)電路控制逆變橋的 A、 B、 C 相的下橋臂開關(guān)管；而 RPHT、 YPHT、 BPHT 則通過驅(qū)動(dòng)電路控制逆變橋 A、 B、 C 相的上橋臂開關(guān)管。 SA4828采用 28 腳封裝。該芯片是全數(shù)字控制的且兼容各種系列的單片機(jī)，其輸出調(diào)制波頻率范圍 0～ 40kHz，載波頻率最高可達(dá) 24kHz，并有 l6 位調(diào)速分辨率。 SA4828 是一種專門用于三相 SPWM 信號(hào)發(fā)生和控制的集成芯片。 其它 SPWM 波形發(fā)生集成芯片的簡(jiǎn)介 SLE4520 是德國(guó) Siemens 公司生產(chǎn)的一種大規(guī)模、全數(shù)字化 CMOS 集成電路，原理上正弦輸出頻率為 0∽ 260Hz，開關(guān)頻率高達(dá) ，其產(chǎn)生的基本原理是利用同步觸發(fā)三個(gè)可預(yù)置的八位減法計(jì)數(shù)器，預(yù)置數(shù)對(duì)應(yīng)脈沖寬度， SLE4520 調(diào)制方式為單緣調(diào)制，輸出 SPWM 波，無論如何選擇采樣點(diǎn)的個(gè)數(shù)位置和如何配置 26 采樣點(diǎn)的位置，均難以做到半個(gè)周期內(nèi)前后對(duì)稱，諧波含量較大，但低頻時(shí)影響不大。 11 VCO 外接電阻 R1 12 VCO 外接電阻 R2 6， 7 并接振蕩電容 C1，以控制 VCO 的振蕩頻率。環(huán)路人鎖時(shí)為高電平，環(huán)路失鎖時(shí)為低電平 9 壓控振蕩器的控制端。 13 PDⅡ輸出端 相位比較器Ⅱ的輸出端，它采用，上升沿控制邏輯。 3 相位比較器輸入端（比較信號(hào)輸入） 通常 PD來自 VCO的參考信號(hào)。 表 62所示管腳功能圖。壓控振蕩器的輸出頻率由管腳 9的電壓值和 管腳 6 與管腳 7 間的電容值以及管腳 11 對(duì)地電阻來決定。 6.. 鎖相環(huán) CD4O46 簡(jiǎn)介 CD4046 作為鎖相環(huán)器件被廣泛應(yīng)用于頻率跟蹤、倍頻和頻率合成方面 ，它內(nèi)部包括相位比較器、低通濾波器和壓控振蕩器電路 。從 CD4O46 輸出的時(shí)鐘信號(hào)供給 HEF4752，繼而產(chǎn)生三相六路相位差 120 的 SPWM。 從 CD4O46 輸出的時(shí)鐘信號(hào)供給 HEF4752，繼而產(chǎn)生三相六路相位差 120 度的 SPWM 波形。其關(guān)系為： FRCT=280frmax。輸入 fVCT的大小由 公 式： fVCT=6720fM 確定， fM為 100%調(diào)制時(shí)輸出頻率 。它的輸入脈沖頻率決定變頻器的輸出電壓大小。 FCT 為頻率控制時(shí)鐘輸入端 ，用以控制 SPWM 波的基波頻率。但 A還有一個(gè)用處，即剛通電時(shí)， A 置高電平初始化整個(gè) IC 片，被用作復(fù)位信號(hào) 。 24 腳除起停電路 外，還可方便地用于過流保護(hù)。 （ 4）引腳 24 用來控制 HEF4752 的起動(dòng) /停止，為低電平時(shí)在晶體管模式下封鎖 HEF4752 所有的脈寬調(diào)制驅(qū)動(dòng)輸出，但產(chǎn)生輸出信號(hào)的內(nèi)部任在繼續(xù)“運(yùn)行”。 （ 3）相序輸入 CW 用來控制電機(jī)轉(zhuǎn)向，當(dāng) CW為低電平時(shí)，相序?yàn)?R、 B、 Y。 HEF4751 工作原理 HEF4752 是一種基于同步式雙緣調(diào)制原理產(chǎn)生 SPWM 信號(hào)的專用集成電路，其輸入、輸出管腳功能如表 61 所示，其 輸入功能 特性： 22 （ 1)輸入 25管腳用來決定逆變器驅(qū)動(dòng)輸出模式的選擇，當(dāng) 25腳為低電平時(shí)，驅(qū)動(dòng)模式是晶體管，當(dāng)為高電平時(shí)，驅(qū)動(dòng)模式是自關(guān)斷功率器件 。由于模擬電路存在著一定的缺陷，目前在電氣性能要求較高的場(chǎng)合大都采用專用集成芯片，以微機(jī)控制的 SPWM 技術(shù)已成主導(dǎo)地位。為了減少諧波影響，要求采用對(duì)稱的三相正弦波電源為三相交流電動(dòng)機(jī)供電，因此廣泛應(yīng)用的是采用正弦波作為 PWM 逆變器的參考信號(hào)，即逆變器稱為 SPWM 逆變器。 PWM 脈寬調(diào)制是利用相當(dāng)于基波分量的信號(hào)對(duì)三角載波進(jìn)行調(diào)制，達(dá)到調(diào)節(jié)脈沖寬度的一種方法，圖 61中可看出三角波調(diào)制法原理。三角波是上下寬度按線性變化的波形，任何一條光滑的曲線與三角波相交 ，如果令該曲線大于三角波時(shí)輸出高電平，小于三角波時(shí)輸出低電平，就能夠得到一組等幅的、脈沖寬度正比于該函數(shù)值的矩形脈沖。這種由控制線路按一定的規(guī)律控制開關(guān)元件的通斷，從而得到一組等效于正弦波的一組等幅不等寬的矩形脈沖的方法，稱作逆變器的正弦波脈寬調(diào)制方法（ SPWM）。這是一個(gè)非常重要的結(jié)論，它表明慣性系統(tǒng)的輸出響應(yīng)主要取決于系統(tǒng)的沖量，即窄脈沖的面積，而與窄脈沖的形狀無關(guān)。 正弦波脈寬調(diào)制（ SPWM）的原理及其特點(diǎn) SPWM 原理 根據(jù)采樣控制理論，沖量相等而形狀不同的窄脈沖 作用于慣性系統(tǒng)上時(shí)，其輸出響應(yīng)基本相同，切脈沖越窄，輸出的差異越小。 6 PWM 信號(hào)形成 為了對(duì)所設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路進(jìn)行試驗(yàn) ,在驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路之前必須有 PWM 信號(hào)形成電路 ,屬于主回路開關(guān)器件的控制信號(hào) ,是進(jìn)行試驗(yàn)的基礎(chǔ) ,PWM 信號(hào)的形成也是目前電力電子研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。所以為了防止器件溫度過高而損壞保證其穩(wěn)定可靠工作，電路中需采取適當(dāng)?shù)纳岽胧?，放置檢測(cè) IGBT 溫度的元件加強(qiáng) IGBT 過熱檢測(cè)保護(hù)。另外在設(shè)計(jì)大功率吸收電路時(shí) ,吸收電路布線也應(yīng)當(dāng)注意 ,最好設(shè)計(jì)在 PCB 板上 ,將 R、 C、 VD安裝其上 ,然后再安裝 IGBT 器件 ,R、 C選擇低電感或無感元件 ,采用多個(gè) RC 可吸收電路雜散電感。 圖 51電容吸收電路 圖 52 RC吸收電路 (3)RCD 吸收電路。 如圖 52 所示 ,該吸收電路采用 RC 吸收 ,適用于斬波電路。選用低感電容 ,電容值 C可取得比較大。 如圖 51 所示。在實(shí)際設(shè)計(jì)中通常采用以下幾種吸收保護(hù)電路。 為了使 IGBT 關(guān)斷時(shí)的過電壓能得到有效的抑制并減小， IGBT 的關(guān)斷損耗通常都需給 IGBT 主回路設(shè)置關(guān)斷緩沖電路，緩沖電路也稱為吸收電路。第一種故障會(huì)造成 IGBT 開關(guān)功率損耗過大，引起整個(gè)芯片過熱，最終導(dǎo)致 IGBT 損壞。 在 IGBT 使用過程中致其損壞的原因主要有：第一，當(dāng) IGBT 關(guān)斷感性負(fù)載時(shí)。然而，在發(fā)生短路故障的情況下，短路電流的值大幅度增加，在關(guān)斷此電流時(shí)如不采取措施，故障電流的下降率就會(huì)很大，并引起嚴(yán)重的集電極過電壓。 過壓保護(hù) 過壓保護(hù)的原因及分析 由于 IGBT 開關(guān)速度快，在 IGBT 關(guān)斷時(shí)產(chǎn)生很高的 di/dt，由于其周圍的接線電感會(huì)產(chǎn) 生一個(gè) 關(guān)斷浪涌電壓 ，其值可能超過 IGBT 的 C E 間耐壓而造成損壞，為此在 IGBT 中需裝有保護(hù)電路來吸收此浪涌電壓或調(diào)整 IGBT 的驅(qū)動(dòng)電路的 VCE或 RC，使 di/dt 最小以免造成 IGBT 的損壞。 18 電路在正常工作時(shí)有可能因?yàn)楦蓴_而造成瞬時(shí)過流或瞬時(shí)過壓，這種過流過壓只是瞬時(shí)的，時(shí)間很短，在 IGBT 承受范圍之內(nèi)，如果此時(shí)驅(qū)動(dòng)電路檢測(cè)到過流后也封鎖驅(qū)動(dòng)信號(hào)，那么就會(huì)導(dǎo)致沒有必要的關(guān)斷，影響裝置的 正常運(yùn)行，所以在電路檢測(cè)到過流對(duì) IGBT 進(jìn)行慢關(guān)斷的同時(shí)，要有一個(gè)延時(shí)判斷過程，以判別真?zhèn)芜^流以免誤動(dòng)作。這種方法的另一優(yōu)點(diǎn)是可防止 IGBT 工作 時(shí)的退飽和，若正常工作時(shí) IGBT 的驅(qū)動(dòng)電壓過低則會(huì)使 IGBT 退出飽和區(qū)而進(jìn)入放大區(qū)，使集電極功耗急劇增大造成器件熱損壞，采用檢測(cè) VCE 的方法可避免出現(xiàn)這種情況。 IGBT 過流保護(hù)的關(guān)鍵在于快速檢測(cè)過流，在 IGBT 還沒損壞之前將其關(guān)斷。 IGBT 驅(qū)動(dòng)模塊 EXB 系列、 M579 系列等都集成有過流保護(hù)電路。不同的器件對(duì)保護(hù)電路的要求也不盡相同，下面就主回路開關(guān)器件選擇IGBT 時(shí)，高頻逆變器對(duì)各種保護(hù)電路的要求做一詳細(xì)分析。就高頻逆變器而言 主回路的保護(hù)電 路主要有：過流保護(hù)、保護(hù)過壓保護(hù)和過熱保護(hù)?？晒┻x用的范圍很廣 ,應(yīng)用方便。變壓器隔離式驅(qū)動(dòng)器有美國(guó) Unitrode 公司UC37243725 系列 ,還有專用的用來驅(qū)動(dòng)一個(gè)橋臂上 2個(gè) IGBT 的 IR2110。該電路通過 17 調(diào)節(jié)滑動(dòng)電阻 Rw1，設(shè)定基準(zhǔn)電流幅值而完成保護(hù)，當(dāng)電流傳感器輸出大于給定值 時(shí)，比較器輸出 +l5V 的高電平至 EXB841 的 6 腳，使 EXB841 的軟關(guān)斷電路工作。本優(yōu)化電路采用可調(diào)的電流傳感器 。為了適當(dāng)降低動(dòng)作闌值，已經(jīng)提出了采 用高壓降檢測(cè)二極管或采用串聯(lián) 反向穩(wěn)壓二極管的方法。 圖 46 EXB841