【正文】 T 驅(qū)動(dòng)電路的保護(hù) 對(duì)于不同類型的裝置，其保護(hù)電路的要求和功能不盡相同。主回路選擇的器件 為 IGBT，根據(jù)器件種類的不同在設(shè)計(jì)以及應(yīng)用線路設(shè)計(jì)時(shí)有不同的要求和特點(diǎn)，因此驅(qū)動(dòng)電路的保護(hù)特性必須與器件和電路相適應(yīng)才能進(jìn)行可靠有效的保護(hù)。 過流保護(hù) 隨著器件容量的不斷增大裝置的容量也不斷增大 ,IGBT 通常工作于高壓大電流的惡劣條件之下 ,在開發(fā)使用過程中經(jīng)常遇到過流損壞的問題 ,嚴(yán)重影響其應(yīng)用 , 這時(shí)必須迅速切 斷驅(qū)動(dòng)信號(hào)。 過流保護(hù)的檢測(cè) IGBT 過載能力比較差，承受短路電流的時(shí)間很短，一般只有十幾 毫秒 或幾毫秒 ，因此當(dāng)負(fù)載發(fā)生短路或故障過流時(shí)必須馬上關(guān)斷 IGBT 。 IGBT 的特點(diǎn)之一是其通態(tài)壓降與集電極電流之間呈現(xiàn)近似線性關(guān)系，當(dāng)電路過流時(shí)， IGBT 的通態(tài)飽和壓降將會(huì)升高很多，所以 IGBT 的過流檢測(cè)可以通過檢測(cè)其集電極電壓來實(shí)現(xiàn)。驅(qū)動(dòng)電壓過低時(shí)，導(dǎo)致 IGBT 的通態(tài)壓降上升，保護(hù)電路將其判斷為過流而關(guān)斷IGBT，因此這種檢測(cè)方法也稱為退飽和檢測(cè)檢測(cè)電路。 另外，有些集成驅(qū)動(dòng)電路中沒有封鎖電路，當(dāng)保護(hù)動(dòng)作后器件恢復(fù)正常，此時(shí)驅(qū)動(dòng)信號(hào)會(huì)恢復(fù)正常，若此時(shí)故障還沒有消除則保護(hù)電路又會(huì)動(dòng)作，那么電路就會(huì)進(jìn)入一種過流保護(hù)，過流的重復(fù)狀態(tài)可能導(dǎo)致器件的損壞，所以過流保護(hù)電路中應(yīng)有延時(shí)判斷和封鎖電路來判斷真假過流和徹底封鎖驅(qū)動(dòng)信號(hào)。 在正常工作狀態(tài)時(shí)，因集電極電流比較小，它關(guān)斷的電流也不會(huì)很大，只要主回路的電感 La 不要過大，就不會(huì)感應(yīng)出過高的過電壓。此時(shí)，從出現(xiàn)短路電流到關(guān)斷過電流引起過電壓， IGBT 的電流、電壓運(yùn) 行軌跡往往會(huì)超出它的安全工作區(qū)造成 IGBT 的失效。由于電感電流不能突變，集射極間電壓 Uce 會(huì)上升至很高的數(shù)值，當(dāng) IGBT 導(dǎo)通時(shí)，寄生電容通過 IGBT 放電從而產(chǎn)生較大的電流浪涌，反并聯(lián)二極管兩端電壓異常升高；第二，由于負(fù)載短路引起流過 IGBT 集電極和發(fā)射極的電流異常增大而損壞。第二種故障會(huì)引起 IGBT 柵極附近局部過熱而損壞，所以為了保護(hù) IGBT 除了上述的 過流保護(hù)外還應(yīng)有防止開通關(guān)斷時(shí)造成過電壓或過熱而損壞器件的保護(hù)電路。 19 選擇一個(gè)合理的吸收電路和相關(guān)參數(shù) ,可以更好地抑制開關(guān)過程中的過電壓。 (1)電容吸收電路。該吸收電路采用薄膜電容 ,靠近 IGBT 安裝 ,其優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單 ,缺點(diǎn)是容易與回路電感引起振蕩 ,且 IGBT 開通集電極電流較大。 (2)RC 阻容吸收電路。但在使用大容量IGBT 時(shí) ,必須增大 R,否則開通瞬間集電極電流過大 ,使 IGBT 功能受到一定限制。 如圖 53所示 ,RCD吸收電路與 RC 吸收電路比較 ,其特點(diǎn)是增加了 VD(必須是快恢復(fù)二極管 ),可以使緩沖電阻增大 ,避開 IGBT 開通功能受阻問題 。 a 中等功率 b 大功率 圖 53 RCD吸收電路 20 過熱保護(hù) 在 IGBT 的保護(hù)中散熱技術(shù)和過熱保護(hù)也是其中之一，當(dāng) IGBT 工作時(shí)自身也要消耗功率，其耗散功率主要包括通態(tài)損耗和開關(guān)損耗，其結(jié)果使基板溫度和工作結(jié)溫上升， 隨著 IGBT基板溫度的上升 IGBT的耗散功率和集電極電流急劇下降，因此最高基板溫度不能超過一定的極限值。 IGBT 的過熱保護(hù)主要包括散熱器設(shè)計(jì)和過熱檢測(cè)保護(hù)電路。本文主要對(duì)正弦波脈寬調(diào)制 信號(hào)（ SPWM）進(jìn)行研究。換句話說，如果把各輸出波形用傅里葉變化分析，則其低頻段特性非常接近，僅在高頻段略有差異。對(duì)上述等效調(diào)寬脈沖，在選定了等分?jǐn)?shù) k后，可以借助計(jì)算機(jī)嚴(yán)格的算出各段矩形脈沖的寬度， 以作為控制逆變器 開關(guān)元件通斷的依據(jù)。 在實(shí)際應(yīng)用中，人們常采用正弦波與三角波相交的方法來確定各段矩形脈沖的寬度。依據(jù)這一理論，可由載波調(diào)制正弦波而獲得脈沖寬度按正弦波規(guī)律變化又和正弦波等效的脈沖寬度 調(diào)制波形，稱為正弦波脈寬調(diào)制。它是利用三角波電壓 21 與參考電壓相比較，以確定各分段矩形脈沖的寬度。 (a) (b) 圖 61（ a）電路原理圖 （ b） SPWM脈沖的形成 控制電路產(chǎn)生 SPWM 脈沖的方法 生成 SPWM 脈沖的方法主要有 模擬電路生成和數(shù)字化 SPWM 技術(shù)生成二類。 由專用集成芯片生成 用于生成 SPWM 波形的專用集成芯片很多，如有 SA828 SLE4520 和GMS97C2051等，以下主要介紹用專用集成芯片 HEF4752構(gòu)成的 SPWM波生成電路。 （ 2） 輸入控制信號(hào)和時(shí)鐘輸入 OCT 共同決定逆變器每對(duì)輸出信號(hào)的互鎖推遲間隔時(shí)間 。當(dāng) CW 為高電平時(shí)，相序?yàn)?R、 Y、 B。為高電平時(shí)解除封鎖。 （ 5）控制輸入 A、 B、 C 供制造過程試驗(yàn)用，工作時(shí)必須接到低電平。 表 61 HEF4752管腳功能 引腳 功能 引腳 功能 1 B 相換流開關(guān)信號(hào) 15 測(cè)試電路用信號(hào) 2 B 相主開關(guān)信號(hào) 2 16 測(cè)試電路用信號(hào) 3 B 相主開關(guān)信號(hào) 1 17 電壓時(shí)鐘 4 最高開關(guān)頻率基準(zhǔn)時(shí)鐘 18 電 流采樣脈沖 5 電機(jī)換相控制信號(hào) 19 Y 相換流開關(guān)信號(hào) 2 6 推遲輸出時(shí)鐘 20 Y 相換流開關(guān)信號(hào) 1 7 選 擇互鎖推遲間隔 21 Y 相主 開關(guān)信號(hào) 2 8 R 相主開關(guān)信號(hào) 1 22 Y 相主 開關(guān)信號(hào) 1 9 R 相主開關(guān)信號(hào) 2 23 R 相同步信號(hào) 10 R 相換流開關(guān)信號(hào) 1 24 停止 /啟動(dòng)系 統(tǒng) 11 R 相換流開關(guān)信號(hào) 2 25 選擇晶 體管 /晶 閘管模式 12 頻率時(shí)鐘 26 平均電壓 13 復(fù)位輸入控制 27 B 相換流開關(guān)信號(hào) 2 14 接地端 28 工作電壓 圖 62為 HEF4752 內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖，它由 FCT 計(jì)數(shù)器、 VCT 計(jì)數(shù)器、 RCT 計(jì)數(shù)器、譯碼器 、 三個(gè)輸出口以及供測(cè)試用的試驗(yàn)電路組成。變頻器輸出頻率 f 與 FCT 的輸入頻率 fFCT的關(guān)系為 : fFCT=3360f VCT 是決定調(diào)整深度的控制輸入端，用以控制變頻器輸出的 SPWM 基波電壓有效值 U。當(dāng)輸入 fVCT一定時(shí)，變頻器的輸出電壓 U與輸出頻率 f的關(guān)系如圖 63 所示呈線性。 23 圖 62 HEF4752內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 圖 63 不同 fVCT時(shí) U與 f的關(guān)系曲線 RCT 為最高開關(guān)頻率 基準(zhǔn)時(shí)鐘輸入端，用以限定變頻器開關(guān)器件的高開關(guān)頻率 frmax。 OCT 為延遲時(shí)鐘輸入端，它與輸入端 K的電平相配合控制每一相上、下橋臂兩個(gè)功率開關(guān)器件開通的延遲時(shí)間（即死區(qū)時(shí)間 td），當(dāng)根據(jù)所用開關(guān)器件確定死區(qū)時(shí)間以后，延遲時(shí)鐘頻率 fOCT與 td以及 K 端電平的關(guān)系如下： 24 Foct=8/td (k=0) Foct=16/td (k=1) 用 HEF4752 來生成 SPWM 波可使控制系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單，圖 64所示 主要介紹了以大規(guī)模集成電路 HEF4752為核心的控制電路 ,它主要應(yīng)用鎖 相環(huán) CD4O46為大規(guī)模集成電路 HEF4752 提供時(shí)鐘信號(hào)，進(jìn)而由 HEF4752 產(chǎn)生三相基波頻率、幅值和死區(qū)時(shí)間可調(diào)的 SPWM 波形 .該波形經(jīng)過光電隔離放大，去驅(qū)動(dòng)三相逆變器，使之輸出正弦波形，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)頻的目的 。 圖 64 由 HEF4752 控制 電路 本系統(tǒng)中主要介紹了以大規(guī)模集成電路 HEF4752 為核心的控制電路 ,它主要應(yīng)用鎖相環(huán) CD4O46 為大規(guī)模集成電路 HEF4752 提供時(shí)鐘信號(hào)，進(jìn)而由 HEF4752產(chǎn)生三相 基波頻率、幅值和死區(qū)時(shí)間可調(diào)的 SPWM 波形 .該波形經(jīng)過光電隔離放大，去驅(qū)動(dòng)三相逆變器，使之輸出正弦波形，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)頻的目的 . 在該控制電路中，推遲時(shí)鐘 (OCT)和參考時(shí)鐘 (RCT)、頻率控制時(shí)鐘 (FCT)和電壓控制 時(shí)鐘（ VCT） 分別由三個(gè) CD4O46 產(chǎn)生， CD4O46 需要在供電電壓 +12V 時(shí)，振蕩頻率才能達(dá)到 500KHz。 HEF4752 輸出的調(diào)制頻率范圍比較窄，為 1∽ 200Hz，開關(guān)頻率較低，一般不超過 2KHz，兩路六 相 SPWM 波輸出電路，即可用于強(qiáng)迫換流的三相晶閘管逆變器， 25 也可用于全控型開關(guān)器件構(gòu)成的逆變器， HEF4752 產(chǎn)生的 SPWM 波信號(hào)，輸出電壓隨輸出頻率成線性變化，其波形是一個(gè)等脈寬的矩形脈沖從兩側(cè)邊緣各被一個(gè)可變的角度調(diào)制而成，即為雙緣調(diào)制。 DC4O46 的壓控振蕩器的工作頻率范圍很寬，其最大工作頻率可達(dá) 1MHZ。振蕩頻率與管腳 9 的輸入電壓成良好的線性關(guān)系。 62 CD4046管腳功能圖 引腳號(hào) 名稱功能 14 相位比較器輸入信號(hào)，輸入允許將 ，輸出至相位比較器。 2 PDⅠ輸出端 相位比較器 1輸出的相位差信號(hào)，它采用異或門結(jié)構(gòu)，即鑒相特性為 。 1 輸出端（相位脈沖輸出） 相位比較器 2輸出的相位差信號(hào)，為上升沿控制邏輯。 4 壓控振蕩器輸出端 5 VCO 禁止端， 1有效 控制信號(hào)輸入，高電平時(shí)禁止，低電平時(shí)允許壓控振蕩器工作。 10 解調(diào)信號(hào)輸出端 15 內(nèi)部獨(dú)立的齊納穩(wěn)壓二極管負(fù)極。 SLE4520 必須借助于單片機(jī)才能輸出 SPWM 波，且因軟件編制的靈活性，幾乎可以實(shí)現(xiàn)任何形狀的曲線調(diào)劑和任意相位關(guān)系，在硬件電路上不需配置EPROM/PROM，比較適合高度變頻。它既可以單獨(dú)使用，也可以與大多數(shù)型號(hào)的單片機(jī)接口。芯片內(nèi)部 ROM 固化三種調(diào)制波波形供用戶選擇：用戶也可單獨(dú)調(diào)整各相輸出以適應(yīng)不平衡負(fù)載；芯片本身具有看門狗定時(shí)器 [3]。通過其輸入引腳 SET TRIP，用戶可以快速關(guān)斷全部 SPWM 信號(hào)輸出。它們都是標(biāo)準(zhǔn)的 TTL 輸出，每一個(gè)輸出都有 12mA 的驅(qū)動(dòng)能力，可直接驅(qū)動(dòng) 6 個(gè)快速型 IGBT 專用驅(qū)動(dòng)模塊。它有 12mA 的驅(qū)動(dòng)能力，可直接驅(qū)動(dòng)一個(gè) LED 指示燈； ZPPR：該引腳輸出調(diào)制波頻率； WSS：該引腳輸出采樣波形。 結(jié)束語 本文在對(duì) IGBT 器件的驅(qū)動(dòng)要求進(jìn)行深入分析之后，設(shè)計(jì)出了簡(jiǎn)單的驅(qū)動(dòng)電路，能夠正常驅(qū)動(dòng)逆變電路工作。比較全面的介紹了驅(qū)動(dòng)電路的保護(hù)，主要有過流、過壓、過熱保護(hù)等 。最后在各部分的合理設(shè)計(jì)下，本論文完成其設(shè)計(jì)任務(wù)。導(dǎo)師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和認(rèn)真的工作作風(fēng)，使本人受益匪淺。在此也要感謝學(xué)校圖書館為我們畢業(yè)生提供了許多方便，同時(shí)也要感謝幫助過我的其他老師和同學(xué)，這都是我能順利完成論文的保