【正文】 來越廣泛的應用。 電力電子技術就是利用半導體功率開關器件、電力電子技術和控制技術，對電氣設備的電功率進行變換和控制的一門技術。同時，由于變壓器本身存在非線性的問題，使得實際加載在負載上的波形也會發(fā)生畸變，因此，上述情況會讓負載端的電壓波形發(fā)生更為嚴重的畸 變，而這樣的波形對各種電氣設備都有不同程度的影響和危害，從而影響整個電路正常、安全可靠地工作，對供電系統(tǒng)的影響也會日益嚴重，這樣，也就逐漸顯示出了對逆變電源輸出波形控制的重要性。在一些重要的用電部門 (如機場、醫(yī)院、銀行 )和一些重要的用電設備中 (如計算機、通信設備 )對逆變電源質量的要求也越來越高 :不僅要求不停電，還要 要求輸出電壓波形準確完好，如不間斷電源 UPS(Uninterruptible Power Supply )廣泛應用于計算機、程控交換機、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、醫(yī)療診斷儀及精密電子儀器等不能中斷供電的場合，而衡量逆變電源質量的3 首要指標就是輸出波形質量的情況。這種能量的變換對節(jié)能、減小環(huán)境污染、改善工作條件、節(jié)省原材料、降低成本和提高產(chǎn)量等方面均起著非常重要的作用。為了高質量和有效地使用電能，許多行業(yè)的用電設備都不是直接使用交流電網(wǎng)提供的交流電作為電源，而是通過各種形式對電網(wǎng) 交流電進行變換，從而得到各自所需的電能形式。這種交流電能不僅可用于交流電機的傳動，而且還可作為不間斷電源、變頻電源、有源濾波器、電網(wǎng)無功補償器等逆變器中的電能。預計在 21 世紀，電力電子技術對工業(yè)自動化、交通運輸、城市供電、節(jié)能、環(huán)境污染等方面的發(fā)展，將會產(chǎn)生更大的推動作用。這項技術自 20 世紀 50 年代以來，經(jīng)歷了半個世紀的發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)成為理論和科學體系比較完整，而且又相對獨立的一門科學技術。1 目 錄 第一章 緒論 課題的背景 .................................................... 3 電源技術的發(fā)展概況 ............................................ 4 第二章 基本原理 ................................................... 6 IGBT 管的基本原理與特性 ....................................... 6 IGBT 的工作原理 ........................................... 6 IGBT 的特性與參數(shù)特點 ..................................... 8 IGBT 的保護 ............................................... 9 逆變技術及其原理 ............................................. 11 現(xiàn)代逆變技術的分類 ....................................... 12 逆變電路的基本工作原理 ................................... 10 電力器件的換流方式 ....................................... 11 三相電壓型逆變電路 ....................................... 14 SPWM 控制技術及其原理 ........................................ 17 SPWM 控制的基本原理 ...................................... 17 單極性和雙極性 SPWM 控制方式 .............................. 18 第三章 系統(tǒng)硬件設計 .......................................... 19 系統(tǒng)總體介紹 ................................................. 17 系統(tǒng)主電路設計 ............................................... 19 輸入 EMI濾波器的設計 ..................................... 19 輸入整流濾波電路的設計 ................................... 21 逆變器和輸出濾波電路的設計 ............................... 22 RCD 緩沖電路的設計 ....................................... 27 采樣電路及 A/D 轉換電路 ....................................... 31 SPWM 波產(chǎn)生芯片 SA4828 及其應用 ............................... 29 SA4828 工作原理 .......................................... 29 SA4828 與單片機的連接 .................................... 33 SA4828 的編程 ............................................ 37 IGBT 驅動電路 EXB841 .......................................... 41 IGBT 驅動電路的要求 ...................................... 41 IGBT 專用驅動器 EXB841 ............................. 44 使用 EXB841 應該注意的一些事項 ............................ 47 系統(tǒng)保護電路設計 ............................................. 47 輔助電源電路的設計 ........................................... 45 第四章 系統(tǒng)軟件的設計 ........................................ 50 系統(tǒng)控制程序技術 ............................................. 50 軟件抗干擾技術 ............................................... 52 結論 .............................................................. 54 致謝 .........................................................55 參考文獻 ..................................................... 56 2 第一章 緒論 課題的背景 隨著各國工業(yè)與科學技術的飛速發(fā)展，在將來工業(yè)高度自動化的情況下，計算機技術、電力電子技術及自動控制技術將成為三種最重要的技術。 所謂電力電子技術，就是利用半導體功率開關器件、電子技術 和控制技術，對電氣設備的電功率進行變換和控制的一門技術。特別是 80 年代以來，由于電力電子技術突飛猛進的發(fā)展，及其對工業(yè)發(fā)展所產(chǎn)生的作用，它被各國專家學者稱為人類社會繼計算機之后的第二次電子革命，它在世界各國工業(yè)文明的發(fā)展過程中所起的關鍵作用，可能僅次于計算機。 正弦波逆變器技術 是電力電子技術中的一個最重要的組成部分，它的作用是把從電力網(wǎng)上得到的定壓定頻交流電能，或從蓄電池、太陽能電池等得到的電能質量較差的原始電能，變換成電能質量較高的、能滿足負載對電壓和頻率要求的交流電能。 近年來，隨著各行各業(yè)的技術水平和操作性能的提高，它們對電源品質的要求也在不斷提高。其中，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稱為逆變電路。 隨著正弦波脈寬調制 (SPWM)逆變技術的日益成熟，逆變電源被廣泛應用到微波通訊、野外活動、高速公路、海島、軍事、醫(yī)療、航空航天、風力發(fā)電等各個領域。對于逆變電源，其負載可能具有不同的性質，當某一負載投入運行時，特別是非線性負載，很可能引起逆變器的輸出電壓波形周期性畸變，諧波增加 。 因此，為了使逆變電源具有高質量的輸出波形，研究設計逆變電源的各種先進的波形控制技術已成為近年來國內(nèi)外學者研究的熱點。上個世紀 80 年代以來，由于半導體器件，電子技術等的不斷推陳出新，電力電子技術有了 突飛猛進的發(fā)展，其對工業(yè)發(fā)展所產(chǎn)生的巨大作用，被各國的專家學者稱為人類社會繼計算機之后的第二次的電子革命，它在世界各國工業(yè)文明的發(fā)展中所起的關鍵作用可能僅次于計算機。電源技術的發(fā)展，大體經(jīng)歷了幾個階段：由磁放大式到硅二極管整流式，再到可控硅（晶閘管）整流式，直到發(fā)展到逆變式 (開關式 )。 ，這樣就不會因為交流電網(wǎng)停電或劇烈變化而影響工作。 4 4．采用逆變技術 的電源還具有高效節(jié)能的優(yōu)越性，表現(xiàn)在如下幾個方面： 1)在許多應用交流電動機的場合，在其負載變化時，傳統(tǒng)的方法是調節(jié)電動機的通電時間所占比例，這樣電動機就會頻繁地制動、起動。 2)采用逆變技術的電源，其變壓器的體積和重量大大減小了，也即減小了鐵心橫面積和線圈匝數(shù)。因此，采用逆變技術大大提高變壓器的工作頻率 ，使得變壓器的損耗變得比工頻工作時小得多，從而達到節(jié)能的目的。在逆變電源中，如果用功率因數(shù)校正技術，能使輸入電流的諧波成分變得很小，從而使功率因數(shù)約為 1，節(jié)能的效果非常明顯。由于逆變電路的工作頻率高，調節(jié)周期短，使得電源設備的動態(tài)響應或者說動態(tài)特性好，表現(xiàn)為：對電網(wǎng)波動的適應能力強、負載效應好、啟動沖擊電流小、超調量小、恢復時間快、輸出穩(wěn)定、紋波 小。另外，現(xiàn)代越來越復雜的電子設備對電源提出了各種各樣的負載要求，一個特定用途的電源，應當具有特定的負載性能要求和外特性，同時還應當具備安全可靠、高效、高功率因數(shù)、低噪音的特點，另外，無電磁干擾、無電網(wǎng)污染、省電節(jié)能也是我們應當認真考慮的設計要求。 第二章 基本原理 IGBT 管的基本原理與特性 絕緣柵雙極型晶體管（ Insulated Gate Bipolar Transistor）簡稱 IGBT，因為它的等效結構具有晶體管模式，所以稱為絕緣柵雙極型晶體管。 IGBT 綜合了 MOS 和 GTR 的5 優(yōu)點，其導通電阻是同一耐壓規(guī)格的功率 MOS 的 1/10，開關時間是同容量 GTR 的 1/10。 IGBT 的工作原理 的結構 就 IGBT 的結構而言，是在 N 溝道 MOSFET 的漏極 N層上又附加上一層 P層的P NPN? ? ? 的四層結構。 IGBT 比 VDMOSFET 多一層 P? 注入?yún)^(qū)，形成了一個大面積的 PN? 結 1J ，使 IGBT 導通時由 P? 注入?yún)^(qū)向 N基區(qū)發(fā)射少子，從而對漂移區(qū)電導率進行調制，使得 IGBT 具有很強的通流能力。 的工作原理 N 溝道 IGBT 通過在柵極－發(fā)射極間加閾值電壓 THU 以上的（正）電壓，在柵極電極 正下方的 P 層上形成反型層（溝道），開始從發(fā)射極電極下的 N? 層注入電子。工作時的等效電路如圖 21(b)所示，在發(fā)射極電極側形成 NPN? 寄生晶體管。電流繼續(xù)流動，直到輸出側停止供給電流。這種狀態(tài)稱為閉鎖狀態(tài)。具體來說， PNP?? 的電流放大系數(shù) ? 設計在 以下 IGBT 的閉鎖電流 IL 為額定電流（ 直流）的 3倍以上。 [17] 導通： GEU 大于開啟電壓時， MOSFET 內(nèi)形成溝道，為晶體管提供基極電流， IGBT導通。 關斷：柵、射極間施加反壓或不加信號時， MOSFET 內(nèi)的溝道消失，晶體管的基極電流被切 斷，IGBT 關斷。 GEU 越高， cI 越大。 圖 22(b)是 IGBT 的轉移特性曲線。當 GE GE (TH )UU? 時， IGBT 關斷。 IGBT 的開通過程是從正向阻斷狀態(tài)轉換到正向導通的過程。 ()dont 定義為從 10％ CEMU 到 10％ CMI 所需的時間， rt 定義為 CI cI 從10％ CMI 上升至 90％ CMI 所需要的時間，如圖 23所示。關斷時間 offt 定義為從驅動電壓 GEU 的脈沖后沿下降到 90％ CEMU 處起至集電極電流下降到 10％ CMI 處所經(jīng)過的時間。 ()doffT 是從 90％ CEMU至 90％ CMI 所需的時間； ft 是指 90％ CMI 下降至 10％ CMI 所需的時間， ft 由 1fit (由 IGBT中的 MOS 管決定 )和 2fiT (由 IGBT 中的 PNP 晶體管決定 )兩部分組成。隨著集電極電流 CI和柵極電阻 GR 的增加，其中 GR 對開關時間影響較大。在大電流段是同一耐壓規(guī)格的 VDMOS 的 1/10 左右。 (3)IGBT 的集電極電流最大值 CMI 。 IGBT 發(fā)生擎住效應后， CI 大、功耗大，最后使器件損壞。集電極電流值超過 CMI 時， IGBT 產(chǎn)生擎住效應。 (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 在關斷時為反向偏置，其安全工作區(qū)稱為反偏安全工作區(qū)