基于IGBT光伏發(fā)電逆變電路的設(shè)計(jì)
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技術(shù)方案與實(shí)用技巧
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(lái)說(shuō)多了一個(gè)PN結(jié)，當(dāng)IGBT的集電極與發(fā)射極之間加上負(fù)電
壓時(shí)，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(guò)，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(shí)是低阻狀態(tài)，所以相對(duì)MOSFET來(lái)說(shuō)，IGBT的電流容量要更大一些。表1所示為MOSFET和IGBT的性能對(duì)比，其中MOSFET的門柵極驅(qū)動(dòng)損耗是比較低的，但相比于IGBT來(lái)說(shuō)，IGBT的門柵極驅(qū)動(dòng)損耗更低一些。
2 電路設(shè)計(jì)
逆變電路中的前級(jí)DC-DC變換器部分采用PIC16F873單片機(jī)為控制核心，后級(jí)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(yáng)能光伏發(fā)電逆變器的效率，可以通過(guò)降低逆變器損耗的方式來(lái)完成，其中驅(qū)動(dòng)損耗和開關(guān)損耗是重點(diǎn)解決對(duì)象。降低驅(qū)動(dòng)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(duì)驅(qū)動(dòng)損耗和開關(guān)損耗的特性提出以下解決方案。
2．1 驅(qū)動(dòng)電路
驅(qū)動(dòng)電路是將主控制電路輸出的信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榉夏孀冸娐匪枰尿?qū)動(dòng)信號(hào)，也就是說(shuō)它是連接主控制器與逆變器之間的橋梁，因此驅(qū)動(dòng)電路性能的設(shè)計(jì)是至關(guān)重要的。采用EXB841集成電路構(gòu)成IGBT的柵極驅(qū)動(dòng)電路如圖3所示，EXB841的響應(yīng)速度快，可以通過(guò)控制其柵極的電阻來(lái)降低驅(qū)動(dòng)損耗，提高其工作效率。EXB841內(nèi)部有過(guò)電流保護(hù)電路，減少了外部電路的設(shè)計(jì)，使電路設(shè)計(jì)更加簡(jiǎn)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(gè)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(duì)IGBT的驅(qū)動(dòng)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(shí)，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(shí)施如下：采用Rg2和VD1串聯(lián)再與Rg1并聯(lián)，當(dāng)IGBT導(dǎo)通時(shí)，由驅(qū)動(dòng)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?yàn)椴⒙?lián)后的總電阻小于每一個(gè)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(shí)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(dòng)損耗。當(dāng)IGBT關(guān)斷時(shí)，該驅(qū)動(dòng)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(shí)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(shí)不會(huì)因?yàn)闁艠O間的電阻過(guò)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(duì)開關(guān)損耗，采用軟開關(guān)技術(shù)。軟開關(guān)技術(shù)是相對(duì)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(shí)的時(shí)間很短，使流過(guò)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(shí)質(zhì)是通過(guò)提高開關(guān)頻率來(lái)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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