基于IGBT的電磁振蕩設(shè)計(jì)-設(shè)計(jì)應(yīng)用

精品文檔-下載后可編輯基于IGBT的電磁振蕩設(shè)計(jì)-設(shè)計(jì)應(yīng)用前言IGBT是絕緣柵極雙極型晶體管。它是一種新型的功率開關(guān)器件，電壓控制器件，具有輸入阻抗高、速度快、熱穩(wěn)定性強(qiáng)、耐壓高方面的優(yōu)點(diǎn)，因此在現(xiàn)實(shí)電力電子裝置中得到了廣泛的應(yīng)用。在我們的設(shè)計(jì)中使用的是西門子公司生產(chǎn)的BSM50GB120，它的正常工作電流是50A，電壓為1200V，根據(jù)具體的情況需要，還可以選取其它型號的IGBT。對于IGBT的驅(qū)動(dòng)電路模塊，市場上也有賣的，其中典型的是EXB840、2SD315A、IR2130等等。但是在家用電器中，考慮到驅(qū)動(dòng)保護(hù)特性，以及成本方面的因數(shù)，設(shè)計(jì)出了一種簡單實(shí)用的驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路。通過電磁振蕩產(chǎn)生的強(qiáng)大磁場，然后作用在鍋具(磁性的)上形成渦流，實(shí)現(xiàn)加熱功能的。使用這種方案的器具，憑借其衛(wèi)生、使用方便可靠，尤其是節(jié)能方面優(yōu)點(diǎn)更顯著，熱效率一般能夠達(dá)到90%多，所以在人們的日常生活中得到了廣泛的應(yīng)用。目前，這種電磁振蕩方案以其結(jié)構(gòu)簡單清晰、可靠性高、成本低的特點(diǎn)，在實(shí)際中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。而且這種IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路和電磁振蕩方案可以用在家用電器中的電磁爐、電磁電飯鍋、電磁熱水壺、電磁熱水器等。

IGBT的驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路IGBT的驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)不同的功能要求，可以選取不同的驅(qū)動(dòng)電路，在有些重要的大電流或者是昂貴的電子設(shè)備中，我們可以選取專門的IGBT驅(qū)動(dòng)及保護(hù)芯片，可靠性很高，但是在一些低成本，如家用電器中，這些驅(qū)動(dòng)模塊就不太實(shí)用了。如圖1所示，其中包括了IGBT的具體驅(qū)動(dòng)電路，滿足了IGBT的驅(qū)動(dòng)要求，采用的是單電源15V供電的方式，IGBT的柵極電壓可以為15V和0V，可以保證IGBT的正常導(dǎo)通與關(guān)斷，電路簡單，實(shí)用于低成本的家用電器控制器中。<IMGalt=""border=undefinedonload="Vref時(shí)，比較器的輸出端相當(dāng)于開路，通過外接上拉電阻，可以得到高電平，從而驅(qū)動(dòng)IGBT導(dǎo)通，而當(dāng)V3Vref時(shí)，比較器的輸出口相當(dāng)于接地，輸出為低電平。如圖2為電磁振蕩電路原理圖，當(dāng)220V的交流電經(jīng)過硅橋（B1），再通過電容C1的濾波處理，轉(zhuǎn)換成為直流電壓信號。勵(lì)磁線圈（爐盤）和電容C3為并聯(lián)的，用以產(chǎn)生電磁振蕩。圖3為電磁振蕩過程中的各點(diǎn)的波形，這些信號都是在振蕩過程中相當(dāng)重要的，如果有一個(gè)信號出錯(cuò)，都會(huì)影響電磁振蕩的正常進(jìn)行，其中包括了參考電源信號V1，電壓反饋信號V2，以及同步結(jié)果信號V5，控制功率的參考電壓信號Vref，以及IGBT的驅(qū)動(dòng)信號等。t0-t1過程：IGBT為截止?fàn)顟B(tài)，L、C正在發(fā)生振蕩。首先，在t0時(shí)刻，電路中的能量表現(xiàn)為電感L2的電流，接下來能量通過電感轉(zhuǎn)向電容器，即以電流的形式向電壓的形式轉(zhuǎn)換，通過電容器C3與電感L2的并聯(lián)回路給電容充電。當(dāng)電容電壓達(dá)到值的時(shí)候，如圖3中的V2的峰值時(shí)刻，這時(shí)電容的電壓能夠達(dá)到1000V，電感的電流為0，接下來能量從電容C3轉(zhuǎn)向電感。當(dāng)V2電壓低于比較的電壓信號V1時(shí)，比較器1的輸出發(fā)生翻轉(zhuǎn)，此時(shí)電容C5迅速放電，使得V3的電壓低于了功率參考電壓Vref，由于比較器2的作用，強(qiáng)行使IGBT導(dǎo)通。t1-t2過程：IGBT為導(dǎo)通狀態(tài)，這個(gè)時(shí)間段內(nèi)，電感L2的電流急劇增加，如圖3所示，反饋電壓V2接近0，比較器1的輸出口V5也為低電平。在這個(gè)時(shí)候，電容C5開始充電，當(dāng)這個(gè)電壓（V3）高于功率參考電壓Vref的時(shí)候，比較器2的輸出口電壓發(fā)生翻轉(zhuǎn)，把IGBT的驅(qū)動(dòng)電壓強(qiáng)行拉低了，這就是一個(gè)IGBT導(dǎo)通的一個(gè)過程。t0-t2的過程就是一個(gè)電磁振蕩的過程，也是電磁振蕩的一個(gè)周期，以后的過程與這段時(shí)間相同，如圖3中，t2-t3過程與t0-t1過程完全相同，t3-t4過程與t1t2過程完全相同。t0t1的時(shí)間間隔取決于諧振線圈L2和諧振電容C3，所以這個(gè)電磁振蕩的頻率f主要取決于L2和C3：電壓V1、V2的選取在整個(gè)系統(tǒng)中相當(dāng)重要，它關(guān)系到同步電路部分能否準(zhǔn)確監(jiān)測主回路的狀態(tài)。在靜態(tài)的時(shí)候，V2要略高于V1，以保證比較器1的輸出為高。但是如果V2過高，R14選取相對過大，在振蕩的過程中，會(huì)出現(xiàn)電容C3的電壓已降為0時(shí)不能及時(shí)驅(qū)動(dòng)IGBT，使其導(dǎo)通，這樣不能準(zhǔn)確監(jiān)測主回路的工作狀態(tài)。同樣如果R14與R12的匹配的值過小，會(huì)提前促使IGBT導(dǎo)通，這樣一來由于反壓過高，此時(shí)IGBT一旦導(dǎo)通，就會(huì)被損壞。在反復(fù)的實(shí)驗(yàn)中，得到了如圖4的數(shù)據(jù)，t1和t1’則并不是同一時(shí)刻，這是值得注意的，這也是相當(dāng)重要的。一個(gè)振蕩周期大概為40祍，如圖4中所示，t1’要比t1滯后2個(gè)祍，這個(gè)滯后是允許的，但是這個(gè)時(shí)間不能太長。說明在反饋電壓V2還沒有降到0的時(shí)候，已經(jīng)又有信號驅(qū)動(dòng)IGBT，使其導(dǎo)通。首先這個(gè)時(shí)間是允許的，因?yàn)镮GBT有一個(gè)柵極電壓VGE，這個(gè)電壓的具體值根據(jù)不同的器件而定的，大概為2V～5V，說明在t1’時(shí)刻IGBT不一定已經(jīng)導(dǎo)通了。其次，這個(gè)時(shí)間不易過長，如果過長了，則會(huì)出現(xiàn)反饋電壓V2還沒有降到0，就再次驅(qū)動(dòng)IGBT了，這個(gè)時(shí)候IGBT的集電極還有很高的電壓，這樣一來，IGBT很可能受到損壞。在實(shí)際的電路中，可以通過調(diào)節(jié)V1與V2的電壓來控制t1與t1’之間的時(shí)間間隔，其中V1是一個(gè)參考電壓，V2是反饋電壓，通過使用比較器起到同步的作用。

結(jié)語該IGBT的驅(qū)動(dòng)電路具有廉價(jià)、簡單、可靠實(shí)用的特點(diǎn)。沒有采用以往的正負(fù)電源供電的復(fù)雜電源，而是采用的+15V與0V的驅(qū)動(dòng)方案，為設(shè)計(jì)帶來了方便。在保護(hù)電路中使用了延時(shí)緩降柵極電壓的過流保護(hù)措施，結(jié)合電磁產(chǎn)品中的驅(qū)動(dòng)要求，這種保護(hù)措施是行之有效的。同時(shí)還考慮到了柵極驅(qū)動(dòng)電壓的過壓保護(hù)和集電極電壓變化過快的保護(hù)措施?！鰠⒖嘉墨I(xiàn):

[1].50Adatasheet/datasheet/50A_2233387.html.[2].EXB840datasheet/datasheet/EXB840_305476.html.[3].2SD315Adatasheet/datasheet/2SD315A_1137105.html.[4].IR2130