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如何實(shí)現(xiàn)IGBT的軟開(kāi)關(guān)的應(yīng)用開(kāi)發(fā)

作者: 時(shí)間:2013-01-25 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

  一、溉述

  正常的工作頻率在10—20kHz,其開(kāi)關(guān)速度比GTO、IGCT快得多。在交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速中,它是較好的選擇。它在中小容量裝置中淘汰功率雙極晶體管(GTR)已成定論。IEGT在高電壓領(lǐng)域中保持快速開(kāi)關(guān)特性。在20世紀(jì)末,采用特殊結(jié)構(gòu)和特殊少子壽命控制(如質(zhì)子注入加特殊退火工藝規(guī)范)的,在600—1200V電壓水平下,使工作頻率達(dá)到150kHz(硬開(kāi)關(guān))和300kHz(),被稱(chēng)為霹靂型IGBT。它們將在開(kāi)關(guān)電源中與功率MOSFET競(jìng)爭(zhēng),以其導(dǎo)通壓降小,電流密度大,電壓等級(jí)高,成本低等優(yōu)點(diǎn)占有優(yōu)勢(shì)。今后十年的開(kāi)關(guān)電源,也許這種IGBT的市場(chǎng)份額將會(huì)擴(kuò)大。

  二、零電壓IGBT

  1、硬開(kāi)關(guān)與

  (1)硬開(kāi)關(guān):開(kāi)關(guān)的開(kāi)通與關(guān)斷伴隨著電壓和電流的劇烈變化,產(chǎn)生較大的開(kāi)關(guān)損耗和開(kāi)關(guān)噪聲。

 ?。?)軟開(kāi)關(guān):在主電路中加上小電感或電容等諧振元件,這樣開(kāi)關(guān)管的通、斷前后引入諧振,開(kāi)關(guān)條件得到改善,從而降低開(kāi)關(guān)損耗和開(kāi)關(guān)噪聲。

  2、電壓IGBT軟開(kāi)關(guān)

  IGBT是功率MOSFET和雙極型晶體管組成的復(fù)合器件,IGBT比起MOSFET的優(yōu)越性在于它可以節(jié)約硅片的面積及具有雙極型晶體管的電流特性。

  3、電路組成

  感應(yīng)加熱電源隨著工業(yè)的發(fā)展要求,其功率越做越大。這樣,在中小功率場(chǎng)合廣泛應(yīng)用的MOSFET已不能滿足功率要求。在高壓大功率的電源上,IGBT成為主角。可是IGBT具

  有較大的功率損耗。我們?cè)谝葡嗳珮騊WM硬開(kāi)關(guān)的基礎(chǔ)上,增加一個(gè)諧振電感,形成了應(yīng)用IGBT的PB—ZVS—PWM變換器。

  4、輸入低電壓限制

  該電源的最低輸入電壓為320V,當(dāng)輸入的電壓低于正常工作需要的最低電壓時(shí),正常的情況下一般要進(jìn)行關(guān)機(jī)操作,但是,這樣會(huì)使電壓型控制的電源進(jìn)入“閉鎖”模式,即輸出的占空比達(dá)到最大值,無(wú)法對(duì)輸出進(jìn)行調(diào)節(jié),當(dāng)輸入電壓又回到正常值時(shí),就會(huì)損壞電源和負(fù)載。另外,輸入電壓越低,通過(guò)功率開(kāi)關(guān)管的電流就‘越大,會(huì)使開(kāi)關(guān)管因功耗過(guò)大而損壞,為此我們?cè)谳斎攵松嫌靡粋€(gè)簡(jiǎn)單的電壓比較器而很好地解決了此問(wèn)題。

  三、IGBT的驅(qū)動(dòng)保護(hù)

  用IGBT作電源,工作在高速大功率開(kāi)關(guān)狀態(tài)時(shí),要使它安全可靠的

  工作,必須合理設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路,根據(jù)IGBT的特點(diǎn),我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)主要考慮了以下幾個(gè)方面的問(wèn)題:

  (1)選擇合適的柵極正向驅(qū)動(dòng)

  電壓:從減小通態(tài)損耗的角度考慮,柵極正向電壓越高越好,但是,過(guò)高的正向柵極電壓將降低IGBT的短路承受能力,因此,我們采用折中的方法,取了一個(gè)15V左右的電壓,收到了較好的效果。

 ?。?)加入5V反偏電壓,利于IG—BT的快速關(guān)斷:本條內(nèi)容已在2.2中提到。

 ?。?)為了改善控制脈沖的前沿陡度和防止振蕩,減少I(mǎi)GBT集電極大的電壓尖脈沖,根據(jù)IGBT電流容量和電壓額定值及開(kāi)關(guān)頻率的不同,選擇合適的柵極串聯(lián)電阻值。

 ?。?)為了阻止當(dāng)集射極間加有高壓時(shí)易受外界干擾而使柵射電壓過(guò)高引起器件誤導(dǎo)通的現(xiàn)象發(fā)生。在柵射間并接入一個(gè)柵射電阻解決了此問(wèn)題。另外,為了防止柵極驅(qū)動(dòng)電路出現(xiàn)高壓尖峰,我們?cè)跂派溟g并接了兩只反向串聯(lián)的穩(wěn)壓二極管,其穩(wěn)壓值與正柵壓和負(fù)柵壓相同,但方向相反。

 ?。?)IGBT超音頻感應(yīng)加熱頻繁起停,需要對(duì)功率器件IGBT進(jìn)行過(guò)流保護(hù),IGBT一般能抵抗約10us的短路電流。我們通過(guò)采取對(duì)過(guò)流信號(hào)延遲搜索的方法,即當(dāng)過(guò)流故障信號(hào)來(lái)臨時(shí),先將柵壓從+15V降至某一設(shè)定值,延時(shí)10斗s左右,再進(jìn)行檢測(cè),若故障已消失,柵壓又自動(dòng)恢復(fù)到+15V左右,若仍處于過(guò)流狀態(tài),則將柵壓降至零伏或以下,使IGBT截止。

  四、結(jié)語(yǔ)

  進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái),作為強(qiáng)電一弱電接口、推進(jìn)現(xiàn)代先進(jìn)制造技術(shù)關(guān)鍵的電力電子正方興未艾地在世界上發(fā)展。今后十年是中國(guó)社會(huì)從小康走向初步富裕的重要時(shí)期,作為一個(gè)發(fā)展中國(guó)家,發(fā)展電力電子正是完成工業(yè)化、推廣信息化的重大舉措。我們將看到今后十年有關(guān)電力電子的新思想、新理論、新技術(shù)、新材料、新產(chǎn)品、新應(yīng)用將在政產(chǎn)學(xué)研各界的共同努力下,不斷涌現(xiàn),為持續(xù)造福于人民做出應(yīng)有貢獻(xiàn)



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