通用型IGBT变频电源的研制过程

通用型IGBT变频电源的研制过程  
1 引言目前，一些设备仍沿用传统的400Hz 变频机组供电，具有笨重、效率低、噪声大，动态品质差、输出波形差等缺点。用静止变频电源取代它是发展的必然趋势。早期的晶闸管静止变频电源虽然克服了变频机组的许多缺点，但晶闸管的关断依赖负载或附加的关断电路，控制复杂，动态性能不理想，在技术性能上很难有新的突破。本文提出的变频电源，从根本上克服了上述弊端，是一种性能优良的静止变频电源。2 主电路和系统控制结构2. 1 变频电源的主电路结构主电路结构如图1 所示。J S 为软启动控制，避免上电时浪涌电流对整流模块的冲击。采用工业上比较流行的SPWM 控制策略。由于载波频率的高频化，SPWM 脉冲波的第一组谐波中心向高频端迁移，距基波频率甚远，如图2 所示。这就使得输出滤波网络得以小型轻量化，动态品质也得以改善。输出滤波网络采用常K型两元件低通滤波器[5 ] 。滤波元件L 、C 的参数按下式选取：L = R/ (πf c) (1)C = 1/ (πf c R) (2)式中　f c ———通带的高截止频率　R ———滤波器的特性阻抗2. 2 系统的控制结构系统控制结构如图3 所示。电流环作为输出电压控制环的辅助环，能成功地限制逆变器的输出电流，以防止逆变器过载，提高系统稳定性。图中　Uge ———电压给定　Upc ———偏磁校正　Igd ———电流给定　Uxl ———限流给定3 擎住效应及防护技术[1 ，2 ]3. 1 擎住效应IGBT 由四层PNPN 组成，内部形成一个寄生晶闸管，有可能由于再生作用而发生擎住。IGBT的擎住效应有两种模型：稳定导通时的静态擎住及关断时产生的动态擎住。3. 2 静态擎住效应IGBT的等效电路如图4a 所示。α1 、α2 分别是VT1 和VT2 的电流放大系数且为电压电流的函数。如果α1 增大，通过P 基区的空穴电流Ih 也增大，当Up = Ih Rp > 0. 7V 时，NPN 管开通，VT1 、VT2 发生正反馈。已知当α1 + α2 = 1时，IGBT被擎住，栅极失去控制作用。IGBT 将发生破坏性损坏。3. 3 动态擎住效应考虑结电容的等效电路如图4b 所示， IGBT在关断时J2 结因反偏几乎承受着全部高压。结电容Cj2影响最大，仅考虑Cj2的影响。重加d v/ d t 使Cj2产生位移电流iDis ：iDis∝d v/ d t (3)擎住发生时有如下关系：