采用IGBT的正弦波中頻逆變電源

1.3 驅(qū)動(dòng)電路

IGBT的柵極驅(qū)動(dòng)電壓可由不同的驅(qū)動(dòng)電路提供，選擇驅(qū)動(dòng)電路時(shí)，應(yīng)考慮驅(qū)動(dòng)電路的電源要求，器件關(guān)斷偏置的要求，柵極電荷的要求，耐固性要求，保護(hù)功能等因素。驅(qū)動(dòng)電路的性能不僅直接關(guān)系到IGBT器件本身的工作性能和運(yùn)行安全，而且影響到整個(gè)系統(tǒng)的性能和安全。

德國西門康（SEMIKRON）公司生產(chǎn)的SKM系列IGBT功率模塊，在芯片制造工藝、內(nèi)部布局、基板選擇等方面有獨(dú)到之處，不必使用RCD吸收電路，SOA（安全工作區(qū)）曲線為矩形，不必負(fù)壓關(guān)斷，并聯(lián)時(shí)能自動(dòng)均流，短路時(shí)電流自動(dòng)抑制，開關(guān)損耗不隨溫度正比增加，正溫度特性曲線。鑒于此，選用西門康公司的SKM系列IGBT作為逆變電源的主功率開關(guān)器件。為充分利用IGBT的優(yōu)良性能，保證系統(tǒng)能安全可靠地工作，驅(qū)動(dòng)電路也選用西門康公司的SKHI系列驅(qū)動(dòng)器。該系列驅(qū)動(dòng)器只需一個(gè)非隔離的＋15V電源；具有高dv/dt容量；保護(hù)功能完善；故障記憶，通過ERROR信號告知控制系統(tǒng)；上下互鎖，避免同一橋臂兩只IGBT同時(shí)開通；柵極電阻外部可調(diào)，使得使用不同功率容量的IGBT時(shí)都能工作于較高的開關(guān)頻率，并得到高的轉(zhuǎn)換效率。

作為電壓型控制的IGBT不需要柵極驅(qū)動(dòng)電流，但由于柵極輸入端有一個(gè)大電容，使在驅(qū)動(dòng)時(shí)形成一很窄的脈沖柵極驅(qū)動(dòng)電流，且IGBT容量越大，該脈沖電流的峰值越大，例如，200A/1200V的IGBT的開通電流的脈沖峰值約達(dá)到1.5A。SKHI驅(qū)動(dòng)器既能承受這種高峰值柵極電流又不降低VGE。為?高開通和關(guān)斷速度，減少驅(qū)動(dòng)器損耗，SKHI驅(qū)動(dòng)器的輸出級采用MOSFET對管以減少連接線路上的電阻。影響開關(guān)速度的另一個(gè)重要因素是柵極電阻R_G，減小R_G可以降低IGBT的開關(guān)損耗，但由于雜散電感的存在，使得IGBT關(guān)斷時(shí)的集射極間的尖峰電壓增大，SKHI驅(qū)動(dòng)器將R_G分成R_GON和R_GOFF（見圖3），這樣兩個(gè)參數(shù)可分別控制，并可根據(jù)IGBT容量的不同，分別調(diào)整R_GON和R_GOFF，以獲得最佳驅(qū)動(dòng)效果。

圖3 SKHI的輸出級

過流保護(hù)是驅(qū)動(dòng)電路具有的重要功能之一，SKHI采用監(jiān)測IGBT集射極電壓V_CE來測控過流，原理圖見圖4。V_CE測控電路同時(shí)監(jiān)視柵極輸入信號和集射極電壓，當(dāng)輸入信號為高電位，并且在3～5μs后，V_CE較正常飽和值（3.5～5.5V）高，則認(rèn)為過流，關(guān)斷脈沖信號，給出故障報(bào)警信號。這是一種較先進(jìn)的過流測控方式。

圖4 SKHI的短路測控原理圖

SKHI驅(qū)動(dòng)器是針對IGBT和MOS特性而設(shè)計(jì)的，是性能較為完善的一種驅(qū)動(dòng)器。

1.4 輔助控制電路

輔助控制電路的作用是根據(jù)主控電路發(fā)出的控制信號，依次控制接觸器K₂，K₃，K₄的吸合及分?jǐn)?，保證主電路依正確的順序加電，在保護(hù)電路工作時(shí)切斷主電路的供電電源。輔助控制電路還為風(fēng)扇提供電源。

1.5 顯示及按鍵控制電路

顯示及按鍵控制電路的功能是在主控電路的控制下，顯示系統(tǒng)的工作狀態(tài)，如電壓、電流、頻率等，并可通過按鍵改變輸出電壓的幅度（改變范圍為額定輸出電壓的±10％）和輸出電壓的頻率（400Hz±30Hz）。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)對故障進(jìn)行顯示和報(bào)警，報(bào)警信號包括過流、過載、短路、過熱、輸入過壓欠壓、驅(qū)動(dòng)報(bào)警等。