經(jīng)驗(yàn)總結(jié)：IGBT奇葩波形 不炸都對(duì)不起它

　　對(duì)于很多電源新手來(lái)說(shuō)，在使用示波器測(cè)試波形的時(shí)候，都遇到過(guò)炸管的問(wèn)題，是什么原因?qū)е抡ü?？又該如何解決呢？下面就來(lái)看看這位仁兄的情況。
　　
　　如圖1，黃線為示波器探頭直接接在上臂IGBT的驅(qū)動(dòng)Vge兩端。示波器無(wú)電池，電源線已經(jīng)使用隔離變壓器進(jìn)行了隔離，但是，如圖所示已經(jīng)面目全非了。藍(lán)線為經(jīng)過(guò)電流互感器得到的線圈電流波形，看了之后心情和波形一樣七上八下的。以前接入示波器時(shí)有炸管的情況，所以此次測(cè)量特意設(shè)計(jì)只讓半橋工作3個(gè)周期，由此看來(lái)，炸管是必然的，這樣的驅(qū)動(dòng)波形，不炸都對(duì)不起它。
　　


　　再來(lái)一張示波器探頭沒(méi)有加在Vge的電流波形(如圖2)。
　　


　　沒(méi)錯(cuò)，兩個(gè)圖的藍(lán)線是相同的，驅(qū)動(dòng)的探頭撤掉之后，整個(gè)世界都“安靜”了。不過(guò)這個(gè)電流的波形距離正弦波還是有距離的，怎么看怎么像是畸變過(guò)的波形，真是羨慕他們測(cè)得的光滑平整波形和漂亮的梯形波。如何測(cè)量驅(qū)動(dòng)波形呢？以下是向大俠們吸取的一些經(jīng)驗(yàn)：
　　
　　不能正確掌握示波器的使用就只看一路，單獨(dú)看驅(qū)動(dòng)波形或者單獨(dú)看CE波形。新的驅(qū)動(dòng)波形僅供參考，這是驅(qū)動(dòng)輸出沒(méi)有加載時(shí)的波形，加載后變化不大，只是上升沿及下降沿各有0.5微秒的鈄坡。驅(qū)動(dòng)電壓幅度正負(fù)15V，單電源15V供電?？催@種波形還是模擬的好，信息量多，某單位生產(chǎn)線上用的是進(jìn)口的數(shù)字示波器，從UCE波形上無(wú)法看出電流相位大小，建議全部改用模擬的，調(diào)試人員從CE波形上一眼就可以看出電流相位大小，電路阻抗匹配、磁路阻抗匹配情況、整流后濾波電容是否合適、是否有干擾反射波、死區(qū)時(shí)間及零電壓電容適配情況、頻率跟蹤情況等等。
　　


　　在測(cè)量UCE的時(shí)候，直接使用高壓探頭接到CE兩端就可以了。示波器的三芯電源插頭的地線要剪掉，測(cè)量時(shí)外殼是帶電的，安全問(wèn)題不可忽視。上了高壓就不要去調(diào)節(jié)示波器，事實(shí)上示波器調(diào)節(jié)好后就不要再去調(diào)節(jié)的，只看CE波形，其它的沒(méi)必要去研究。
　　
　　對(duì)于炸管問(wèn)題，也進(jìn)行了一些調(diào)整，讓驅(qū)動(dòng)輸出3個(gè)周期的硬開(kāi)關(guān)脈沖，上臂-死區(qū)-下臂-死區(qū)，為一周期，用這樣的試探方法來(lái)觀察電路運(yùn)行情況。但是，當(dāng)關(guān)掉驅(qū)動(dòng)信號(hào)之后,檢測(cè)到的自由振蕩頻率與計(jì)算后的相差很遠(yuǎn)。兩個(gè)諧振電容C ，Cr=2C，線圈電感Lr，則頻率：
　　


　　當(dāng)然公式是不會(huì)錯(cuò)的，式中的電感應(yīng)當(dāng)是有載電感，但有載電感沒(méi)能測(cè)出，即使測(cè)了有載電感，負(fù)載電流發(fā)生了變化，隨之等效電感也會(huì)變化，所以幾乎計(jì)算不了它的正確值?？梢怨浪阋幌?，直接上功率，看CE波形和看電流值就一目了然了。
　　
　　此IGBT電路能保證是ZCS的過(guò)零開(kāi)通橋臂，但是無(wú)法保證ZVS，在本人看來(lái)，要想實(shí)現(xiàn)ZCS、ZVS同時(shí)存在必須橋臂開(kāi)通時(shí)間足夠長(zhǎng)，讓回路能量充分，達(dá)到一個(gè)閾值，使得當(dāng)電流趨于0時(shí)，續(xù)流二極管導(dǎo)通。
　　
　　因?yàn)闆](méi)有實(shí)際做過(guò)實(shí)驗(yàn)，一般都是假設(shè)的情況，當(dāng)開(kāi)通時(shí)間短之后，能量減小到一定程度，振蕩的頻率應(yīng)該會(huì)做出調(diào)整，保持諧振的頻率未必就是理想的波形。例如，開(kāi)通短時(shí)間之后，為滿足諧振頻率，勢(shì)必要大幅增加死區(qū)時(shí)間，這樣的話，電流趨于0的時(shí)刻，諧振就不是原先的時(shí)間點(diǎn)了，可能很快達(dá)到0。按照常理看，電流振蕩的頻率是不會(huì)變的，就像是鐘擺，只要是擺臂長(zhǎng)度固定，不論擺到多少角度，擺動(dòng)的周期是固定的。其實(shí)就是固有頻率。但是半橋中自由振蕩的頻率跟諧振頻率萬(wàn)往往是不一樣的，之前看過(guò)波形，停止驅(qū)動(dòng)輸出后，電流自由振蕩的頻率要比諧振頻率高很多，就有可能發(fā)生下面的情況：
　　




　　f0是諧振頻率，f是由于開(kāi)通時(shí)間較短，能量不夠，幅值上不去，相應(yīng)的振蕩頻率也變高。如果是這樣的話，為了保證工作在諧振頻率很可能在電流過(guò)0后的死區(qū)產(chǎn)生自由振蕩，若干個(gè)自由振蕩周期后的某個(gè)電流過(guò)0來(lái)開(kāi)通橋臂。如圖5：
　　


　　通過(guò)炸管的教訓(xùn)，這樣的設(shè)想應(yīng)可以從開(kāi)關(guān)電源的角度去試驗(yàn)。如果用開(kāi)關(guān)電源調(diào)脈寬的方式可以調(diào)整輸出電壓，并且是理想的軟開(kāi)關(guān)方式，那么開(kāi)關(guān)電源的效率將會(huì)從80%多提高到96%以上，當(dāng)然是求之不得的事了。