IGBT在逆变电路中的规划与仿真：
1. 前语
全侨式逆变电路运用广泛，国内外许多厂家的焊机都选用此主电路结构。全桥式电路的长处是输出功率较大，要求功率开关管耐压较低，便于选管。在硬开关侨式电路中，IGBT在高压下导通，在大电流下关断，处于逼迫开关进程，功率器材IGBT能否正常牢靠运用起着至关重要的作用。
驱动电路的作用便是将操控电路输出的PWM信号进行功率扩大，满意驱动IGBT的要求。其功能直接关系到IGBT的开关速度和功耗、整机功率和牢靠性。跟着开关作业频率的进步，驱动电路的优化规划更为重要。
2. 硬开关全桥式电路作业进程剖析
全桥式逆变主电路由功率开关管IGBT和中频变压器等首要元器材组成，如图1所示快速康复二极管VD1~VD4与lGBT1～IGBT4反向并联、接受负载产生的反向电流以维护IGBT。IGBT1和IGBT4为一组，IGBT2和IGBT3为一组，每组IGBT一起导通与关断，当鼓励脉冲信号轮番驱动IGBT1、IGBT4和IGBT2、IGBT3时，逆变主电路把直流高压转换为20 kHz的沟通电压送到中频变压器，经降压整流滤波输出。
图1 全桥式逆变电路
全桥式逆变器的一大缺陷便是存在中频变压器偏磁问题，正常作业状况下，功率开关器材在作业前半周与后半周导通脉宽持平，饱满压降持平，前后半周替换通断，变压器磁心中没有剩磁。可是，假如IGBT驱动电路输出脉宽不对称或其他原因，就会产生正负半周不平衡问题，此刻，变压器内的磁心会在某半周堆集剩磁，呈现“单向偏磁”现象，经过几个脉冲，就能够使变压器单向磁通到达饱满，变压器失掉作用，等效成短路状况。这关于IGBT来说，极端风险，或许引发爆破。
桥式电路的另一缺陷是简单产生直通现象。直通现象是指同桥臂的IGBT在前后半周导通区间呈现堆叠，主电路板路，巨大的加路电流瞬时经过IGBT。
针对上述两点缺乏，从驱动的视点动身、规划的驱动电路有必要满意四路驱动的波形彻底对称，严厉约束最大作业脉宽，确保死区时间满足，
3. IGBT的开关进程动态剖析
IGBT是MOSFET与双极晶体管的复合器材，其驱动与MOSFET驱动类似，是电压操控器材，驱动功率小。但IGBT的栅极与发射极之间、栅极与集电极之间存在着结间电容，在它的射极回路中存在着漏电感，由于这些散布参数的影响，使得IGBT的驱动波形与抱负驱动波形产生较大的改变，并产生了不利于IGBT注册和关断的要素。
IGBT开关等效电路如图2a所示。E是驱动信号源，R是驱动电路内阴，Rg为栅极串联电阻Cge、Cgc别离为栅极与发射极、集电极之间的寄生电容，Le是射极回路漏电感，用电感L1与二极管VD并联作为负载。
图2 IGBT注册波形
IGBT注册波形见图2b。T0时间，IGBT处于关断状况，栅极驱动电压开端上升，Uge的上升斜率上要由Rg和Cgc决议，上升较快。到t1时间。Uge到达栅极门槛值（约4~5V），集电极电流开端上升。导致Uge波形违背原有轨道的要素首要有两个：一是发射极电路中散布电感Le的负反馈作用；二是栅极-集电极电容Cgc的密勒效应。t2时间，Ic到达最大值，集射极电压Uce下降，一起Cgc放电，驱动电路电流增大，使得Rg和R上分压加大，也形成Uge下降。直到t3时间，Uce降为0，Ic到达稳态值，Uge才以较快的上升率到达最大值。
IGBT关断波形如图2c所示。T0时间栅极驱动电压开端下降，到t1时间到达刚能保持Ic的水下，lGBT进入线性作业区，Uce开端上升，对Cgc、Cge充电，由于对两个寄生电容的耦合充电作用，使得在t1~t2期间，Uge根本不变。在t3时间，Uce上升完毕，Uge和Ic以栅极-发射极间固有阻抗下降为0。
经过以上剖析可知，对IGBT注册关断进程影响较大的要素是驱动电路的阻杭、Le和Cge。因此在规划驱动电路的时分，应挑选Cgc较小的IGBT，并经过合理布线、挑选合理电阻等办法改进注册与关断的进程。
4. IGBT的有用驱动电路规划和试验成果
关于硬开关触发办法的全桥逆变器，四路驱动电路彻底相同，可是各路之间在电路上有必要彼此阻隔，以防搅扰或误触发四路驱动信号依据触发相位分为两组，相位相反。图3为一路栅极驱动电路，整流桥B1、B2与电解电容C1、C2组成整流滤波电路，为驱动电路供给+25V和-15V直流驱动电压。光耦6N137的作用是完成操控电路与主电路之间的阻隔，传递PWM信号。电阻R1与稳压管VS1组成PWM取样信号，电阻R2约束光耦输入电流。电阻R3、R4与稳压管VS3、VS4别离组成5.5V光耦电平限幅电路，别离为光耦和MOSFET管Q3供给驱动电平。Q3在光耦操控下，作业在开关状况。MOSFET管Q1、Q2组成推挽扩大电路，将扩大后的输出信号输入到IGBT门极，供给门极的驱动信号。当输入操控信号，光耦U导通，Q3截止，Q2导通输出+15V驱动电压。当操控信号为零时，光耦U截止，Q3、Q1导通，输出-15V电压，在IGBT关断不时给门极供给负的偏置，进步lGBT的抗搅扰才能。稳压管VS3～VS6别离对Q2、Q1输入驱动电压限幅在-10V和+15V，防止Q1、Q2进入深度饱满，影响MOS管的响应速度。电阻R6、R7与电容C0为Q1、Q2组成偏置网络。其间的电容C0是为了在注册时，加速Q2管的漏极电流上升速度，为栅极供给过冲电流，加速栅极导通。
图3 栅极驱动电路原理
IGBT栅极耐压一般在±20V左右，因此在驱动电路的输出端给栅极加电压维护，并联电阻Rge以及反向串联限幅稳压管，如图4所示。
图4 栅极维护电路
栅极串联电阻Rg对IGBT注册进程影响较大。Rg小有利于加速关断速度，减小关断损耗，但过小会形成di/dt过大，产生较大的集电极电压尖峰。依据本规划的具体要求，Rg选取4.7Ω。
栅极连线的寄生电感和栅极与射极间的寄生电容耦合，会产生振动电压，所以栅极引线应选用双绞线传送驱动信号，并尽或许短，最好不超越0.5 m，以减小连线电感。
四路驱动电路光耦与PWM两路输出信号的接线如图5所示。
图5 四路驱动电路光耦与PWM的两路输出信号的接线
试验波形如图6所示。图6a是栅极驱动四路输出波形。一起测四路驱动波形时，要在未接通主电路条件下检测。由于运用多踪示波器检测时，只答应一只探头的接地端接参阅电位，防止产生短路烧坏示波器。只要检测彼此间电路阻隔的电路信号时，才能够一起运用接地端挑选公共参阅电位。图6b是IGBT上集-射极电压Uce波形。由于全桥式逆变电路中IGBT彼此间的电路信号对错阻隔的，不能用一般探头进行多踪示波，该电压波形是用高压阻隔探头测得，示波器读数为实践数值的1/50。由波形可知，lGBT作业正常。在桥式逆变电路中影响Uce波形的，除驱动的影响外还有其他多种要素，在此不多做论述。由试验成果可知，该驱动电路能使主电路安全作业。
图6 试验成果波形
5. 定论
针对全桥逆变电路，用分立元件规划出IGBT模块的驱动电路。四路驱动波形严厉共同，相位准确，栅极信号前沿峻峭。试验果标明：研发的驱动电路彻底符合IGBT的驱动要求，能够使IGBT牢靠作业，具有必定的有用价值。
igbt逆变器缓冲规律：
1 导言
缓冲电路也称为吸收电路，它是大功率变流技能中必不可少的组成部分。
缓冲电路的首要作用是用来操控IGBT 等功率器材的关断浪涌电压和续流二极管康复浪涌电压，削减开关损耗。充分使用IGBT的功率极限。
应该指出，缓冲电路之所以能够减小功率器材的开关损耗，是由于将开关损耗从器材本身转移至缓冲器上，意图是使功率器材坦耗削减，确保安全作业，但总的开关损耗并来削减。
2 IGBT缓冲电路的特色和类型
IGBT缓冲电路和传统GTR缓冲电路特色不同，首要表现在：①IGBT的安全作业区规模较大，缓冲电路不需要维护按捺那种伴生达林顿GTR的二次击穿超限，，只需操控瞬态电压。②一般运用中，IGBT的作业频率比达林顿GTR的作业频率要高得多，在每次开关进程中缓冲电路都要经过IGBT或本身放电，形成总的开关损耗较大。
规划IGBT缓冲电路应考虑的要素首要有：功率电路的布局结构、功率等级、作业频率和本钱。
图1所示为3种通用的IGBT缓冲电路。图la所示缓冲电路由一个无感电容并在IGBT模块的Cl和E2之间。这种缓冲电路适用于小功率等级，对按捺瞬变电压十分有用且本钱较低。跟着功率等级的增大，这种缓冲电路或许会与直流母线寄生电感产生振动。缓冲电路图lb能够防止这种状况，该缓冲电路中的快康复二极管可箝位瞬变电压，然后按捺谐振的产生。这种缓冲电路的RC时间常数τ应设为电路开关周期的1/3左右，即：τ≈T/3=1/（3？）。可是，在功率等级进一步增大的状况下，图lb型缓冲电路的回路寄生电感则变得很大，以至于不能有用地操控瞬变电压。这种大电流电路可选用缓冲电路图lc，该型缓冲电路既可有用地抑锏振动并且还具有回路寄生电感较小的长处，缺陷是本钱较高。在超大功率电路中，为了减小缓冲电路中二极管的应力，能够采纳图la，c型缓冲电路一起运用的办法。
图1 通用IGBT缓冲电路 图2所示为图lc型缓冲电路的典型关断电压波形。图中开始电压的尖峰（△V1）是由缓冲电路的寄生电感和缓冲二极管的正向康复联合引起的。假如缓冲二极管选用与IGBT 匹配的快康复二极管，则该电压尖峰首要取决于缓冲电感Ls，在此状况下，可预算出△V1为
△V1=Ls·di/dt （1）
式中 Ls——缓冲电路的等效寄生电感
di/dt——关断瞬间或二极管康复瞬间的di/dt
在典型的IGBT功率电路中，最严峻状况下的di/dt挨近0.02Ic/ns。假如△V1的约束已确认，则可用di/dt值来预算缓冲电路答应的最大电流为400A，△V1限定为100V，则最差状况下的di/dt约为
di/dt=0.02&TImes;400=8A/ns
用（1）式解得：Ls=△V1/di/dt=100÷8=12.5nH
经过上面核算咱们能够得知大功率IGBT电路有必要有极低电感量的缓冲电路，不然将不能很好的按捺瞬变电压。
图2 选用缓冲电蘑的典型关断电压波形
在规划缓冲电路时，应考虑到缓冲二极管内部和缓冲电容引线的寄生电感。使用小二级管和小电容并联比用单只二极管和单只电容的等效寄生电感小，并尽量选用低感或无感电容。别的，缓冲电路的规划应尽或许近地联接在lGBT模块上。以上办法有助于减小缓冲电路的寄生电感。
图2所示的关断初始浪涌电压之后，跟着缓冲电容的充电，瞬态电压再次上升，第2次上升峰值电压△V2是缓冲电容和直流母线寄生电感的函数。能够用能量守恒规律来确认△V2。
式中 Lp——母线寄生电感
i——作业电流
C——缓冲电容值
△V2——缓冲电压峰值
假如已确认△V2的限定值，则对给定的功率电路可用式（2）确认缓冲电容的数值
实践的功率电路规划中可选用以下办法来减小所需电容值：①选用平板式汇流母线，正负极堆叠在一起，中心用隔缘板离隔，以取得最小母线寄生电感；②由于C值与关断电流的平方成正比，所以采纳必要的限流技能采约束功率电路的最大电流；③由于C值反比于△V2的平方，所以若答应△V2与IGBT的VCES之间有必定的裕度则可使缓冲%&&&&&%值显着减小。
表 l给出一组缓冲电路引荐规划值，其间主母线电感为表中设定的目标值，并设定di/dt=0.02Ic/ns，过冲电压△V1=100V。以这组数值为参阅能够为缓冲电路规划供给方便。
4 定论
缓冲电路规划的好坏，直接关系到逆变器等功率电路能否正常，安全地作业。试验标明，一个规划合理的缓冲电路不只能够有用地下降开关应力，按捺高频振动，并且能够痒低开关损耗，进步作业频率。实践运用中，最好将缓冲电路规划在一块印刷电路板上，全体安装在IGBT模块上的汇流母线上，以到达最佳作用。
