單相PWM整流器能量雙向傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)技術(shù)
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時(shí)間：2010-12-22
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技術(shù)方案與實(shí)用技巧
IGBT的驅(qū)動(dòng)電路
IGBT 具有開(kāi)關(guān)速度快,電壓控制的特點(diǎn),同時(shí)又具有電流、電壓容量大,導(dǎo)通壓降小的優(yōu)點(diǎn),因而具有良好的特性,是目前大中功率電子設(shè)備普遍使用的開(kāi)關(guān)器件。本系統(tǒng)采用國(guó)際整流器公司生產(chǎn)的IRGB15B60KD型號(hào)的開(kāi)關(guān)管,它的耐壓為600V,允許通過(guò)的最大電流為15A,正常工作壓降為1.8V;柵極驅(qū)動(dòng)電壓為15V,開(kāi)通時(shí)間延遲為34ns,關(guān)斷時(shí)間延遲為184ns。驅(qū)動(dòng)電路如圖3(a)所示。
圖3(a) IGBT驅(qū)動(dòng)電路
驅(qū)動(dòng)芯片IR2103S的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3(b)所示。IR2103S是半橋驅(qū)動(dòng)芯片,具有低壓自鎖功能,當(dāng)柵極驅(qū)動(dòng)電壓小于11V時(shí),斷開(kāi)柵極信號(hào),當(dāng)柵極電壓低于10V時(shí),IGBT將工作于線(xiàn)性區(qū)并且很快過(guò)熱,所以要有低柵壓保護(hù)電路。IR2103S內(nèi)部自帶低壓自鎖電路。IGBT柵極需要15V才能達(dá)到額定的C-E結(jié)導(dǎo)通壓降。如果柵極電壓低于13V時(shí),在大電流時(shí)導(dǎo)通壓降將急劇上升。所以IR2103S的電源電壓定為15V比較合適。
圖3(b) IR2103S內(nèi)部結(jié)構(gòu)
為了改善控制脈沖的前后延陡度并防止振蕩,減少I(mǎi)GBT集電極大的電壓尖脈沖,需要柵極串聯(lián)電阻RG。當(dāng)RG增大時(shí),開(kāi)通和關(guān)斷延遲時(shí)間都將延長(zhǎng),IGBT的能耗增加。當(dāng)RG減小時(shí),di/dt增大可能引起IGBT誤導(dǎo)通或損壞。所以,應(yīng)選擇合適的RG,通常為幾十W到幾百W。根據(jù)IRGB15B60KD產(chǎn)品數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)檢測(cè)值為22W,綜合考慮可取RG=30W。當(dāng)集-射極之間加有高壓時(shí),易受外界干擾,使柵-射電壓超過(guò)UGEth引起誤動(dòng)作。為了防止這種現(xiàn)象發(fā)生,在柵-射間須接一個(gè)柵-射電阻RGE。如果RGE太小,開(kāi)通時(shí)間會(huì)增大,從而降低開(kāi)關(guān)頻率。通常RGE=(1000~5000)RG,則可取RGE=90KW。
C3為VCC電源濾波電容,取C3=0.1mF,C4與D1為自舉電容和二極管,自舉電容工程應(yīng)用常取
C4=2Qg/(VCC-10-1.5)
假設(shè)IGBT充分導(dǎo)通電壓為10V,電容及二極管上的壓降為1.5V。對(duì)于50A/600V的IGBT充分導(dǎo)通時(shí)所需要的柵電荷Qg=250nC。
則C4可?。篊4=2×250×10-9/(15-10-1.5)=0.14mF
可取C4=0.22mF,或更大容量的且耐壓大于35V的鉭電容。
為了快速關(guān)斷IGBT,要給柵極加負(fù)偏電壓,但過(guò)大的負(fù)偏電壓會(huì)造成IGBT反向擊穿,通常取關(guān)柵電壓為-5V。為了防止IGBT被擊穿,在柵-射之間加兩個(gè)反向串連的穩(wěn)壓值分別為5V和15V的穩(wěn)壓管。
為了避免主回路中的強(qiáng)電干擾控制回路中的弱電信號(hào),采用光耦隔離器將驅(qū)動(dòng)回路的控制部分和主回路隔離。通過(guò)隔離,人工在線(xiàn)調(diào)試的時(shí)候更加安全,另外驅(qū)動(dòng)電路的輸入/輸出使用不同的地,利用隔離,可以避免之間的干擾。本系統(tǒng)采用TLP621光藕隔離器,+5V供電,隔離電壓為5000AC(V),典型工作輸入電流為16mA,輸出電流為1mA。輸入端電阻Rin=VCC/Iin=5V/16mA =312.5W,可取Rin=330W;輸出端電阻Rout=(VCC-UCE)/Iout=(5-0.7)V/1mA=4.3KW
可取Rout=4.7KW,驅(qū)動(dòng)光耦隔離電路如圖3(c)所示。由于IR2103S的高端輸入/輸出同步,低端輸入/輸出異步,則高端輸入端接的光耦采用同向接法,低端輸入端接的光耦采用反向接法,以保證同一橋的上下管不同時(shí)導(dǎo)通。
圖3(c) 驅(qū)動(dòng)光耦隔離電路
系統(tǒng)仿真
Matlab 軟件應(yīng)用廣泛,Matlab7.0新增加“SimPower Systems”工具箱,這給使用者帶來(lái)了極大的方便,可以根據(jù)實(shí)際電路進(jìn)行建模和仿真。本文采用基于Matlab7.0/SimPower Systems工具箱的方法對(duì)系統(tǒng)建模和仿真,仿真算法采用0de15s以獲得最好的仿真速度。仿真結(jié)果驗(yàn)證了系統(tǒng)的可行性。
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