igbt单相半桥无源逆变电路设计-课程设计

igbt单相半桥无源逆变电路设计-课程设计内容摘要：

6 常用 IGBT 的电气符号 图 7 IGBT 的等效电路 图 6为 IGBT 的常用电气符号， IGBT 的等效电路如图 7所示，由图可知，若在 IGBT 的栅极 G 和发射极 E 之间加上驱动正电压，则 MOSFET 导通，这样 PNP晶体管的集电极 C 与基极之间成低阻状态而使得晶体管导通；若 IGBT 的栅极和发射极之间电压为 0V，则 MOS 截止，切断 PNP 晶体管基极电流的供给，使得晶体管截止。 IGBT 与 MOSFET 一样也是电压控制型 器件，在它的栅极 G— 发射极 E间施加十几 V的直流电压，只有在 uA 级的漏电流流过，基本上不消耗功率。 如果 IGBT栅极与发射极之间的电压 ,即驱动电压过低 ,则 IGBT不能稳定正常地工作 ,如果过高超过栅极－发射极之间的耐压则 IGBT 可能永久性损坏。 同样 ,如果加在 IGBT 集电极与发射极允许的电压超过集电极－发射极之间的耐压 ,流过 IGBT 集电极－发射极的电流超过集电极－发射极允许的最大电流 ,IGBT 的结温超过其结温的允许值 ,IGBT 都可能会永久性损坏。 IGBT 对驱动电路的要求 IGBT 的驱动条件 与它的静态和动态特性密切相关。 栅极的正偏压 +VGE、负偏压 VGE 和栅极电阻 RG 的大小，对 IGBT 的通态电压、开关时间、开关损耗、承受短路能力以及 dVCE/dt 等参数都有不同程度的影响。 门极驱动条件与器件特 5 性的关系如表 1 所示 ： 表 1 门极驱动条件与器件特性的关系 特性 Vce(on) Ton、 Eon toff、 Eoff 负载短路能力 电流 dVce/dt +VCE 增大 降低 降低 降低 增加 VCE 减小 略减小 减小 RC增大 增加 增加 减小 由于 IGBT 的开关特性和安全工作区随着栅极驱动电路的变化而变化，因而驱动电路性能的好坏将直接影响 IGBT能否正常工作。 为使 IGBT能可靠工作。 IGBT对其驱动电路提出了以下要求。 1）向 IGBT 提供适当的正向栅压。 并且在 IGBT 导通后。 栅极驱动电路提供给 IGBT 的驱动电压和电流要有足够的幅度，使 IGBT 的功率输出级总处于饱和状态。 瞬时过载时，栅极驱动电路提供的驱动功率 要足以保证 IGBT 不退出饱和区。 IGBT 导通后的管压降与所加栅源电压有关，在漏源电流一定的情况下， VGE 越高，VDS 傩就越低，器件的导通损耗就越小，这有利于充分发挥管子的工作能力。 但是， VGE 并非越高越好，一般不允许超过 20 V，原因是一旦发生过流或短路，栅压越高，则电流幅值越高， IGBT 损坏的可能性就越大。 通常，综合考虑取 +15 V为宜。 2） 能向 IGBT 提供足够的反向栅压。 在 IGBT 关断期间，由于电路中其他部分的工作，会在栅极电路中产生一些高频振荡信号，这些信 号轻则会使本该截止的 IGBT 处于微通状态，增加管子的功耗。 重则将使调压电路处于短路直通状态。 因此，最好给处于截止状态的 IGBT 加一反向栅压 f 幅值一般为 5～ 15 V），使IGBT 在栅极出现开关噪声时仍能可靠截止。 3）具有栅极电压限幅电路，保护栅极不被击穿。 IGBT 栅极极限电压一般为 +20 V，驱动信号超出此范围就可能破坏栅极。 4） 由于 IGBT 多用于高压场合。 要求有足够的输人、输出电隔离能力。 所以驱动电路应与整个控制电路在电位上严格隔离，一般采用高速光耦合隔离或变压器耦合隔离。 5） IGBT 的栅 极驱动电路应尽可能的简单、实用。 应具有 IGBT 的完整保护功能，很强的抗干扰能力，且输出阻抗应尽可能的低。 6 第二章 硬件电路设计与参数计算 系统硬件连接 单相半桥无源逆变主电路如图 8 下所示 ： RC2C3V1V2C1D1D2D3D4FUU1 U2 图 8 单相半桥无源逆变主电路 整流电路设计方案 整流变压器的参数运算 1）变压器二次侧电压 U2 的计算 U2 是一个重要的参数，选择过低就会无法保证输出额定电压。 选择过大又会造成延迟角α加大，功率因数变坏，整流元件 的耐压升高，增加了装置的成本。 根据设计要求，采用公式：   BAUU d~12  由表查得 A=；取ε =；α角考虑 10176。 裕量，则 B=cosα =   VU 150~ ~12  取 U2=140V。 电压比 K=U1/U2=220/140=。 2 ）一次、二次电流 I I2 的计算 由 RUP20。