基于IGBT光伏發(fā)電逆變電路的設(shè)計
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1．2 IGBT的原理
絕緣柵雙極晶體管IGBT是相當(dāng)于在MOSFET的漏極下增加了P+區(qū)，相比MOSFET來說多了一個PN結(jié)，當(dāng)IGBT的集電極與發(fā)射極之間加上負(fù)電
壓時，此PN結(jié)處于反向偏置狀態(tài)，其集電極與發(fā)射極之間沒有電流通過，因此IGBT要比MOSFET具有更高的耐壓性。也是由于P+區(qū)的存在，使得IGBT在導(dǎo)通時是低阻狀態(tài)，所以相對MOSFET來說，IGBT的電流容量要更大一些。表1所示為MOSFET和IGBT的性能對比，其中MOSFET的門柵極驅(qū)動損耗是比較低的，但相比于IGBT來說，IGBT的門柵極驅(qū)動損耗更低一些。
2 電路設(shè)計
逆變電路中的前級DC-DC變換器部分采用PIC16F873單片機(jī)為控制核心，后級DC-AC部分采用高性能DSP芯片TMS320F240為控制核心的全橋逆變電路。為了提升太陽能光伏發(fā)電逆變器的效率，可以通過降低逆變器損耗的方式來完成，其中驅(qū)動損耗和開關(guān)損耗是重點解決對象。降低驅(qū)動損耗的關(guān)鍵取決于功率開關(guān)管IGBT的柵極特性，降低開關(guān)損耗的關(guān)鍵取決于功率開關(guān)管IGBT的控制方式，因此針對驅(qū)動損耗和開關(guān)損耗的特性提出以下解決方案。
2．1 驅(qū)動電路
驅(qū)動電路是將主控制電路輸出的信號轉(zhuǎn)變?yōu)榉夏孀冸娐匪枰尿?qū)動信號，也就是說它是連接主控制器與逆變器之間的橋梁，因此驅(qū)動電路性能的設(shè)計是至關(guān)重要的。采用EXB841集成電路構(gòu)成IGBT的柵極驅(qū)動電路如圖3所示，EXB841的響應(yīng)速度快，可以通過控制其柵極的電阻來降低驅(qū)動損耗，提高其工作效率。EXB841內(nèi)部有過電流保護(hù)電路，減少了外部電路的設(shè)計，使電路設(shè)計更加簡單方便。比較典型的EXB 841的應(yīng)用電路，一般是在IGBT的柵極上串聯(lián)一個電阻Rg，這樣是為了可以減小控制脈沖前后的震蕩，而選取適當(dāng)Rg的阻值則對IGBT的驅(qū)動有著相當(dāng)重要的影響。此次電路在EXB841典型應(yīng)用電路的基礎(chǔ)上，優(yōu)化IGBT柵極上串聯(lián)的電阻，使其在IGBT導(dǎo)通與關(guān)斷時，其電阻隨著需要而有所變化。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/177791.htm
具體實施如下：采用Rg2和VD1串聯(lián)再與Rg1并聯(lián)，當(dāng)IGBT導(dǎo)通時，由驅(qū)動電路內(nèi)部EXB841的3腳輸出正電壓，VD1導(dǎo)通，Rg1和Rg2共同工作，因為并聯(lián)后的總電阻小于每一個支路的分電阻，所以串聯(lián)在柵極上的總電阻Rg的值比Rg1，Rg2的值都要小，這樣使得開關(guān)時間和開關(guān)損耗隨著總電阻值的減小而減少，進(jìn)而降低驅(qū)動損耗。當(dāng)IGBT關(guān)斷時，該驅(qū)動電路內(nèi)部EXB841的5腳導(dǎo)通，3腳不導(dǎo)通，IGBT的發(fā)射極提供負(fù)電壓，使得與Rg2串聯(lián)的VD1截止，Rg1工作，Rg2不工作，此時串聯(lián)在柵極上的總電阻Rg的值就是Rg1的阻值，這樣在關(guān)斷IGBT時不會因為柵極間的電阻過小而導(dǎo)致器件的誤導(dǎo)通，進(jìn)而提高了工作效率。
2．2 軟開關(guān)
針對開關(guān)損耗，采用軟開關(guān)技術(shù)。軟開關(guān)技術(shù)是相對于硬開關(guān)而言的，傳統(tǒng)的開關(guān)方式稱為硬開關(guān)，所謂軟開關(guān)技術(shù)就是半導(dǎo)體開關(guān)在其導(dǎo)通或關(guān)斷時的時間很短，使流過開關(guān)的電流或加在開關(guān)的電壓很小，幾乎為零，從而降低了開關(guān)損耗。實質(zhì)是通過提高開關(guān)頻率來減小變壓器和濾波器的體積和重量，進(jìn)而大大提高變換器的功率密度，降低了開關(guān)電源的音頻噪聲，從而減小了開關(guān)損耗。
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