文档介绍：成兴设备
单片机调频逆变系统详细设计
设计:孔勇
2008年11月25日·成都
目录
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(PWM)原理 6
PID控制原理 7
PID控制原理与程序流程 7
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IPM介绍 21
PWM发生器SG3525介绍 25
电力逆变,就是一种将直流变成工频交流或将工频交流变成可以改变频率的交流电源系统。对于电力逆变来说,主要应用到应急电源及电机软启动等方面。本详细设计主要针对应急电源系统,应急电源系统分工频逆变和变频逆变,所以我们的设计是变频逆变,同时也可设置为工频逆变,就是频率固定不变。在设计前我们首先要明确逆变技术中的几个原理理论。
现在逆变应用的核心元件是大功率场效应管IGBT,IGBT以其输入阻抗高、开关速度快、通态电压低、阻断电压高、承受电流大等特点,已成为当今功率半导体器件发展的主流器件。IGBT已由第三代、第四代发展到了第五代,由穿通型(PT型)发展到非穿通型(NPT型),其电性能参数日趋完善。IGBT模块也在此基础上同步发展,有单管模块、半桥模块、高端模块、低端模块、6单元模块等。合理的驱动保护是IGBT安全工作的前提条件,特别是选择合理的栅极驱动电压Uge和合理的栅极串联电阻Rg,以及过电压过电流保护尤为重要。
IGBT模块的应用电路有半桥电路逆变、全桥电路逆变、三相逆变、斩波应用等。IGBT模块已被广泛应用于UPS、感应加热电源、逆变焊机电源和电机变频调速等电源领域。
1、IGBT模块电路结构
1)单管模块
一般说来,单管IGBT模块其额定电流比较大,是由多个IGBT芯片和快恢复二极管(FRD)芯片在模块内部并联而成,其电路结构如图1所示。
图1 单管电路结构图2 半桥电路结构
2)半桥模块
半桥IGBT模块也称为2单元模块,是一个桥臂,其内部电路结构如图2所示。两只半桥IGBT模块可组成全桥(H桥)逆变电路。
3)高端模块
高端IGBT模块其内部电路结构如图3(a)和图3(b)所示。图3(a)为斩波器应用电路结构,图3(b)为感应加热应用电路结构。
图3(a) 高端电路结构图3(b) 高端电路结构
4)低端模块
低端IGBT模块其内部电路结构如图4(a)图4(b)所示。图4(a)为斩波器应用电路结构,图4(b)为感应加热应用电路结构。
图4(a) 低端电路结构图4(b) 低端电路结构
2、IGBT模块驱动保护要点
1)IGBT栅极驱动电压Uge
理论上Uge≥Uge(th),即栅极驱动电压大于阈值电压时IGBT即可开通,一般情况下阈值电压Uge(th)=5~6V。为了使IGBT开通时完全饱和,并使通态损耗最小,又具有限制短路电流能力,栅极驱动电压Uge需要选择一个合适的值。当栅极驱动电压Uge增加时,通态压降减小,通态损耗减小,但IGBT承受短路电流能力减小;当Uge太大时,可能引起栅极电压振荡,损坏栅极。当栅极驱动电压Uge减小时,通态压降增加,通态损耗增加,但IGBT承受短路电流能力提高。为获得通态损耗最小,同时IGBT又具有较好的承受短路电流能力,通常选取栅极驱动电压Uge≥D*Uge(th),系数D=、2、、3。当阈值电压Uge(th)为6V时,栅极驱动电压Uge则分别为9V、12V、15V、18V;栅极驱动电压Uge折中取12V~15V为宜,12V最佳。IGBT关断时,栅极加负偏压,提高抗干挠能力,提高承受dv/dt能力,栅极负偏压一般为-10V。
2)IGBT栅极电阻Rg
选择适当的栅极串联电阻Rg对IGBT驱动相当重要。当Rg增大时,可抑制栅极脉冲前后沿陡度和防止振荡,减小开关di/dt,限制IGBT集电极尖峰电压;但Rg增大时,IGBT开关时间延长,开关损耗加大。当Rg减小时,减小IGBT开关时间,减小开关损耗;但Rg太小时,可导致ge之间振荡,IGBT集电极di/dt增加,引起IGBT集电极尖峰电压,使IGBT损坏。因此,应根据IGBT电流容量和电压额定值以及开关频率选取Rg值,如10Ω、15Ω、27Ω等,并建议ge之间并联一数值为10KΩ左右的Rge,以防止栅极损坏。
3)IGBT过电压过电流保护
过电压过电流是造成IGBT损坏的两大主要因素,应加以有效的保护。对于过电流,如果采用电流传感器保护,首先应考虑电流传感器的响应时间,建议过电流保护点设