無(wú)源逆變的工程應(yīng)用

1、無(wú)源逆變的工程應(yīng)用逆變電源設(shè)計(jì)概要大家知道，市電或其他的交流電可以通過(guò)二極管或可控硅的單向?qū)щ娦哉鞒芍绷麟姽┙o需要使用直流電的場(chǎng)合。這種把交流電變換成直流電的過(guò)程我們叫做整流，也叫做順變。那么逆變呢？我們自然地就會(huì)想到，應(yīng)該就是把直流電變換成交流電的過(guò)程。逆變電源就是相對(duì)于整流器而言通過(guò)半導(dǎo)體功率開關(guān)器件的開通和關(guān)斷把直流電變換成交流電的這么一個(gè)裝置。逆變電源也叫做逆變器，下面分單元地講一下逆變器主要的單元電路。主要內(nèi)容為：一電池輸入電路二輔助電源電路1. 12V 電池輸入的輔助電源電路2. 24V-48V 電池輸入的輔助電源電路3. 多路隔離輔助電源電路三高頻逆變器前級(jí)電路的設(shè)計(jì)1. 閉環(huán)

2、前級(jí)變壓器匝數(shù)比的設(shè)計(jì)2. 準(zhǔn)開環(huán)前級(jí)變壓器匝數(shù)比的設(shè)計(jì)四高頻逆變器后級(jí)電路的設(shè)計(jì)1. 米勒電容對(duì)高壓MOS 管安全的影響及其解決辦法2. IR2110 應(yīng)用中需要注意的問(wèn)題3. 正弦波逆變器LC 濾波器的參數(shù)五逆變器的部分保護(hù)電路1. 防反接保護(hù)電路2. 電池欠壓保護(hù)3. 逆變器的過(guò)流短路保護(hù)電路的設(shè)計(jì)4. IGBT 的驅(qū)動(dòng)和短路保護(hù)一電池輸入電路逆變器大多用在車載上，利用汽車上的蓄電池和發(fā)電機(jī)組成的低壓直流供電系統(tǒng)供電。這個(gè)系統(tǒng)上往往還給其他的用電器供電，所以有必要在逆變器的輸入端設(shè)計(jì)一個(gè)輸入電路保證能濾除大部分來(lái)自直流供電系統(tǒng)的紋波和干擾，同時(shí)也濾除逆變器對(duì)直流供電系統(tǒng)上其他用電器的干擾

3、。輸入電路一般由LC 構(gòu)成，如上圖所示：輸入電路設(shè)計(jì)中需要注意的是 L 要能過(guò)足夠的電流不會(huì)飽和和過(guò)熱。LC 的參數(shù)還要能起到濾波效果。在實(shí)際的電路中也往往在節(jié)省成本或要求不高時(shí)省去 L.二輔助電源電路。逆變器除了功率變換回路外，還包含了小信號(hào)部分的供電，例如PWM 信號(hào)芯片的12V 供電，運(yùn)放的單電源或雙電源供電，單片機(jī)的5V 或3.3V 供電等。對(duì)上述電路提供一個(gè)穩(wěn)定的純凈的電源供電在逆變器中也顯得很重要。1. 12V 電池輸入的輔助電源電路對(duì)于 12V 電池供電的逆變器，一般經(jīng)過(guò)一級(jí)RC 濾波給PWM 芯片如TL494,SG3525 等供電即可。需要注意的是R 的壓降控制在0.5V-1V

4、 比較合適，因?yàn)橐话鉖WM 芯片最低工作電壓在8V 左右，為了使電池在10V 電壓時(shí)還能工作，R 上的壓降不能過(guò)大。還有PWM 芯片供電電壓過(guò)低容易引起不工作或?qū)β蔒OS 管驅(qū)動(dòng)不足。在要求比較高的情況下可以先把 10-15V 的電池電壓升壓到15V,再_用L7812 降壓到穩(wěn)定的12V 給PWM 芯片供電，電路如下：上圖中 BT 為來(lái)自12V 電池，電壓變動(dòng)范圍為10-15V.采用了MC34063 單片DCDC 芯片比較簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)了上述功能。2. 24V-48V 電池輸入的輔助電源電路在輸入 24V 以上的逆變器中，要是用L7812,LM317 之類的線性降壓會(huì)造成比較大的發(fā)熱損耗，因

5、此本人設(shè)計(jì)了一個(gè)自激開關(guān)式降壓電路，現(xiàn)在介紹給大家：在這個(gè)電路中，BT 輸入電壓范圍可以達(dá)到15-60V,而輸出穩(wěn)定在12V.Q6 也可以用P型的MOS 管。下面來(lái)講一下這個(gè)電路的工作原理，電路起動(dòng)的瞬間，電源通過(guò)R13 提供Q6 足夠大的基極電流，Q6 飽和導(dǎo)通，其集電極電流一部分通過(guò)L1 給C15 充電供給負(fù)載，一部分儲(chǔ)存在L1 里。當(dāng)C15 兩端的電壓超過(guò)15V 時(shí)Q7 導(dǎo)通，Q5 也導(dǎo)通導(dǎo)致Q6 的基極電位上升，電流減小，C11 的上端的電位下降，由于 C11 兩端的電壓不能突變，Q5 基極的電位繼續(xù)迅速下降，Q6 的基極電位迅速上升直到快速關(guān)斷，Q6 關(guān)斷后L1 的儲(chǔ)能通過(guò)續(xù)流二極管

6、D2 釋放給C15 和負(fù)載，然后開始下一個(gè)周期的循環(huán)。3. 多路隔離輔助電源電路對(duì)于需要一路或多路隔離輔助電源供電的時(shí)候，一般采用反激式開關(guān)電源供電比較好實(shí)現(xiàn)，如下圖，這里就不詳細(xì)介紹了。三高頻逆變器前級(jí)電路的設(shè)計(jì)逆變器前級(jí)電路一般采用推挽結(jié)構(gòu)，這里主要講解下開環(huán)和閉環(huán)的問(wèn)題。供分析的電路如下：1. 閉環(huán)前級(jí)變壓器匝數(shù)比的設(shè)計(jì)逆變器前級(jí)無(wú)論是開環(huán)還是閉環(huán)只是變壓器的匝比和反饋環(huán)路的參數(shù)不同而已。比如需要設(shè)計(jì)一個(gè)輸入12V,變化范圍為10.5-15V，輸出電壓為交流220V50Hz 的高頻修正方波逆變器。如果前級(jí)采用閉環(huán)結(jié)構(gòu)，12V 升壓后的直流電壓穩(wěn)定在270V 比較好，這樣為了使輸入10.5

7、V 時(shí)還能輸輸出270V,則變壓器的變比大約為(270+2VD)/(10.5-VDS)/D,其中VD 為高壓整流管的壓降，VDS 為前級(jí)MOS 管的壓降，D 為最大占空比。計(jì)算出來(lái)的結(jié)果大約是28。特別注意的是當(dāng)前級(jí)工作在閉環(huán)狀態(tài)時(shí)，比如輸入電壓比較高的話，D1,D3 正端整流出來(lái)的脈沖的峰值將超過(guò)270V,占空比小于1 需要L1,C11 平滑濾波，所以L1 不能省略，還要足夠大，否則MOS 管發(fā)熱損耗很大。具體計(jì)算可根據(jù)正激類開關(guān)電源輸出濾波電感的計(jì)算，這里就不再贅述了。2. 準(zhǔn)開環(huán)前級(jí)變壓器匝數(shù)比的設(shè)計(jì)實(shí)際中的逆變器前級(jí)往往省略 L1，從電路上看還是閉環(huán)穩(wěn)壓，電壓也是通過(guò)R1 進(jìn)行反饋，又

8、是怎么回事呢？從上面閉環(huán)穩(wěn)壓的計(jì)算中可以看出，為了保持輸出的穩(wěn)定，變壓器的變比設(shè)計(jì)的比較大。逆變器前后級(jí)都穩(wěn)壓當(dāng)然比較好，但也可以只是后級(jí)穩(wěn)壓，后級(jí)穩(wěn)壓在AC220V,我們可以把前級(jí)直流高壓設(shè)計(jì)在最低220V 就可以了，此時(shí)占空比為50%。如果前級(jí)直流高壓大于220V 我們可以自動(dòng)把占空比調(diào)小點(diǎn)，這樣輸出交流電也穩(wěn)定在220V 了。用這種方式的話我們的變壓器變比可以按輸入10.5V 時(shí)輸出220V 設(shè)計(jì)，計(jì)算結(jié)果變比大約是22.這樣輸入10.5-15V 變化時(shí)，前級(jí)高壓的變動(dòng)范圍大約是220-320V.如果L1 直接短路，R1 去掉，這樣就是一個(gè)純開環(huán)的電路，只是有于變壓器漏感尖峰的存在，在逆

9、變器空載時(shí)，前級(jí)輸出的直流高壓會(huì)虛高，對(duì)高壓濾波電容和后級(jí)高壓MOS 管的安全不利。我們可以也接上R1 做一個(gè)淺閉環(huán)反饋，限制空載高壓在320V,超過(guò)320V 時(shí)，占空比會(huì)被控制到很小，這樣高壓濾波電容和后級(jí)高壓MOS 管的安全得到了保證，空載電流也減小了。前級(jí)這樣設(shè)計(jì)的話，只要帶很小的負(fù)載，前級(jí)占空比立刻拉到最大，前級(jí)直流高壓降到320V 以下。在正弦比逆變器的前級(jí)電路中也可以這樣設(shè)計(jì)，對(duì)于輸入12V 輸出220V 的逆變器來(lái)說(shuō)可以把變壓器的變比設(shè)計(jì)在32 左右，這樣前級(jí)直流高壓的變化范圍大約在320-420V,通過(guò)改變后級(jí)SPWM 的調(diào)制度也可以保證后級(jí)輸出220V 電壓的穩(wěn)定。四高頻逆變

10、器后級(jí)電路的設(shè)計(jì)：后級(jí)電路的基本功能就是把前級(jí)升壓的高壓直流電逆變成交流電。從結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)全橋結(jié)構(gòu)用得最多。下面以單相正弦波逆變器的后級(jí)電路為例講解下，部分電路如下圖：1. 米勒電容對(duì)高壓MOS 管安全的影響及其解決辦法我記得以前很多網(wǎng)友提到 IR2110 推動(dòng)全橋MOS 非常不穩(wěn)定，經(jīng)常莫名奇妙地炸管，往往在低壓試驗(yàn)時(shí)好好的，母線電壓一調(diào)高就炸了，這確實(shí)是個(gè)令人非常頭疼的問(wèn)題。我們先來(lái)分析一下MOS 管GD 結(jié)電容，也叫米勒電容對(duì)半橋上下兩管開關(guān)的影響。供分析的電路如下：圖中C1,C2 分別是Q1,Q2 的GD 結(jié)電容，左邊上下兩個(gè)波形分別是Q1,Q2 的柵極驅(qū)動(dòng)波形。我們先從t1-t2 死區(qū)時(shí)

11、刻開始分析，從圖中可以看出這段時(shí)間為死區(qū)時(shí)間，也就是說(shuō)這段時(shí)間內(nèi)兩管都不導(dǎo)通，半橋中點(diǎn)電壓為母線電壓的一半，也就是說(shuō)C1,C2 充電也是母線電壓的一半。當(dāng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)運(yùn)行到t2 時(shí)刻時(shí)，Q1 的柵極變?yōu)楦唠娖?，Q1 開始導(dǎo)通，半橋中點(diǎn)的電位急劇上升，C2 通過(guò)母線電壓充電，充電電流通過(guò)驅(qū)動(dòng)電阻Rg 和驅(qū)動(dòng)電路放電管Q4，這個(gè)充電電流會(huì)在驅(qū)動(dòng)電阻Rg 和驅(qū)動(dòng)電路放電管Q4 上產(chǎn)生一個(gè)毛刺電壓，請(qǐng)看圖中t2 時(shí)刻那條紅色的豎線。如果這個(gè)毛刺電壓的幅值超過(guò)了Q2 的開啟電壓Qth，半橋的上下兩管就共通了。有時(shí)候上下兩管輕微共通并不一定會(huì)炸管，但會(huì)造成功率管發(fā)熱，在母線上用示波器觀察也會(huì)看到很明顯的干擾毛

12、刺。只有共通比較嚴(yán)重的時(shí)候才會(huì)炸管。還有一個(gè)特性就是母線電壓越高毛刺電壓也越高，也越會(huì)引起炸管。大家知道了這個(gè)毛刺電壓產(chǎn)生的原理，我想就很容易解決這個(gè)問(wèn)提了，主要有三種解決辦法：1） 采用柵極有源鉗位電路?？梢栽贛OS 管的柵極直接用一個(gè)低阻的MOS 管下拉，讓它在死區(qū)時(shí)導(dǎo)通；2） 采用 RC 或RCD 吸收電路；3） 柵極加負(fù)壓關(guān)斷，這是效果最好的辦法，它可以通過(guò)電平平移使毛刺電壓平移到源極電平以下，但電路比較復(fù)雜。2. IR2110 應(yīng)用中需要注意的問(wèn)題IR2110 是IR 公司早期推出的半橋驅(qū)動(dòng)器，具有功耗小，電路簡(jiǎn)單，開關(guān)速度快等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于逆變器的全橋驅(qū)動(dòng)中。對(duì)于DIP16 封裝

13、的IR2110 在正弦波逆變器的應(yīng)用中主要要注意以下幾點(diǎn)：1). 13 腳的邏輯地和2 腳的驅(qū)動(dòng)地在布線時(shí)要分開來(lái)走，邏輯地一般要接到5V 濾波電容的負(fù)端，再到高壓濾波電容的負(fù)端，驅(qū)動(dòng)地一般要接到12-15V 驅(qū)動(dòng)電源的濾波電容的負(fù)端，再到兩個(gè)低端高壓MOS 管中較遠(yuǎn)的那個(gè)MOS 的源極。如下圖：2). 在正弦波逆變器中因?yàn)檩d波的頻率較高，母線電壓也較高，自舉二極管要使用高頻高壓的二極管。因?yàn)檩d波占空比接近100%，自舉電容的容量要按照基波計(jì)算，一般需要取到47-100uF，最好并一個(gè)小的高頻電容。3. 正弦波逆變器LC 濾波器參數(shù)的計(jì)算要準(zhǔn)確計(jì)算正弦波逆變器 LC 濾波器的參數(shù)確實(shí)是件繁瑣的

14、事，這里我介紹一套近似的簡(jiǎn)便計(jì)算方法，在實(shí)際的檢驗(yàn)中也證明是可行的。我的想法是SPWM 的濾波電感和正激類的開關(guān)電源的輸出濾波電感類似，只是SPWM 的脈寬是變化的，濾波后的電壓是正弦波不是直流電壓。如果在半個(gè)正弦周期內(nèi)我們按電感紋波電流最大的一點(diǎn)來(lái)計(jì)算我想是可行的。下面以輸出 1000W220V 正弦波逆變器為例進(jìn)行LC 濾波器的參數(shù)的計(jì)算，先引入以下幾個(gè)物理量：Udc:輸入逆變H 橋的電壓，變化范圍約為320V-420V;Uo:輸出電壓，0-311V 變化，有效值為220V;D:SPWM 載波的占空比，是按正弦規(guī)律不斷變化的；fsw: SPWM 的開關(guān)頻率，以20kHz 為例；Io:輸出電

15、流，電感的峰值電流約為1.4 Io；Ton：開關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間，實(shí)際是按正弦規(guī)律不斷變化的；L: LC 濾波器所需的電感量；R:逆變器的負(fù)載電阻。于是有：L=( Udc- Uo) Ton/(1.4 Io) （1）D= Uo/ Udc （2）Ton=D/ fsw= Uo/（Udc* fsw） ( 3)Io=Uo/R (4)綜合(1),(3),(4)有：L=（Udc- Uo)* Uo/(1.4 Io* Udc* fsw)=R(1-Uo/Udc)/(1.4 fsw)例如，一臺(tái)輸出功率1000W 的逆變器，假設(shè)最小負(fù)載為滿載的15%則,R=220*220/(1000*15%)=323從 L= R(1-U

16、o/Udc)/(1.4 fsw)可以看出，Uo=Udc 的瞬間L=0,不需要電感；Uo 越小需要的L 越大我們可以折中取當(dāng)Uo=0.5Udc 時(shí)的L=323*(1-0.5)/(1.4 *20000)=5.8 mH這個(gè)值是按照輸出15% Io 時(shí)電感電流依然連續(xù)計(jì)算的，所以比較大，可以根據(jù)逆變器的最小負(fù)載修正，如最小負(fù)載是半載500W，L 只要1.7 mH 了。確定了濾波電感我們就可以確定濾波電容 C 了，濾波電容C 的確定相對(duì)就比較容易，基本就按濾波器的截止頻率為基波的5-10 倍計(jì)算就可以了。其計(jì)算公式為f =1/ 2 LC五逆變器的部分保護(hù)電路1. 防反接保護(hù)電路：如果逆變器沒(méi)有防反接電路

17、，在輸入電池接反的情況下往往會(huì)造成災(zāi)難性的后果，輕則燒毀保險(xiǎn)絲，重則燒毀大部分電路。在逆變器中防反接保護(hù)電路主要有三種:1). 反并肖特基二極管組成的防反接保護(hù)電路,基本電路如下圖：由圖中可以看出，當(dāng)電池接反時(shí)，肖特基二極管 D 導(dǎo)通，F(xiàn) 被燒毀。如果后面是推挽結(jié)構(gòu)的主變換電路，兩推挽開關(guān)MOS 管的寄生二極管的也相當(dāng)于和D 并聯(lián)，但壓降比肖特基大得多，耐瞬間電流的沖擊能力也低于肖特基二極管D，這樣就避免了大電流通過(guò)MOS管的寄生二極管，從而保護(hù)了兩推挽開關(guān)MOS 管。這種防反接保護(hù)電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不會(huì)影響效率，但保護(hù)后會(huì)燒毀保險(xiǎn)絲F,需要重新更換才能恢復(fù)正常工作。2)采用繼電器的防反接保護(hù)電路

18、,基本電路如下圖：由圖中可以看出，如果電池接反，D 反偏，繼電器K 的線圈沒(méi)有電流通過(guò)，觸點(diǎn)不能吸合，逆變器供電被切斷。這種防反接保護(hù)電路效果比較好，不會(huì)燒毀保險(xiǎn)絲F，但體積比較大，繼電器的觸點(diǎn)的壽命有限。3)采用MOS 管的防反接保護(hù)電路,基本電路如下圖：圖中 D 為防反接MOS 的寄生二極管，便于分析原理畫出來(lái)了。當(dāng)電池極性未接反時(shí)，D 正偏導(dǎo)通，Q 的GS 極由電池正極經(jīng)過(guò)F,R1,D 回到電池負(fù)極得到正偏而導(dǎo)通。Q 導(dǎo)通后的壓降比D 的壓降小得多，所以Q 導(dǎo)通后會(huì)使D 得不到足夠的正向電壓而截至；當(dāng)電池極性接反時(shí)，D 會(huì)由于反偏而截至，Q 也會(huì)由于GS 反偏而截至，逆變器不能啟動(dòng)。這種

19、防反接保護(hù)電路由于沒(méi)有采用機(jī)械觸點(diǎn)開關(guān)而具有比較長(zhǎng)的使用壽命，也不會(huì)像反并肖特基二極管組成的防反接保護(hù)電路那樣燒毀保險(xiǎn)絲F.因而得到廣泛應(yīng)用，缺點(diǎn)是MOS導(dǎo)通時(shí)具有一定的損耗。但是隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，低導(dǎo)通內(nèi)阻的MOS 管層出不窮，像我們銳駿半導(dǎo)體新出的RU4099,40V 的耐壓，200A 的電流容量，低到2.8m的導(dǎo)通內(nèi)阻，足夠暢通無(wú)阻地通過(guò)比較大的電流還保持比較低的損耗。2. 電池欠壓保護(hù)：為了防止電池過(guò)度放電而損壞電池，我們需要讓電池在電壓放電到一定電壓的時(shí)候逆變器停止工作，需要指出的一點(diǎn)是，電池欠壓保護(hù)太靈敏的話會(huì)在啟動(dòng)沖擊性負(fù)載時(shí)保護(hù)。這樣逆變器就難以起動(dòng)這類負(fù)載了，尤其在電池電

20、量不是很充足的情況下。請(qǐng)看下面的電池欠壓保護(hù)電路?？梢钥闯鲞@個(gè)電路由于加入了 D1,C1 能夠使電池取樣電壓快速建立，延時(shí)保護(hù)。3. 逆變器的過(guò)流短路保護(hù)電路的設(shè)計(jì)：大家知道，逆變器的過(guò)流短路保護(hù)電路在逆變器的安全中是至關(guān)重要的，如果沒(méi)有過(guò)流短路保護(hù)逆變器很可能會(huì)因?yàn)檫^(guò)流短路而燒毀。下面先來(lái)分析一下負(fù)載的特性，現(xiàn)實(shí)生活中的負(fù)載大多數(shù)是沖擊性負(fù)載，例如熾燈泡，在冷態(tài)時(shí)的電阻要比點(diǎn)亮?xí)r低很多，像電腦，電視機(jī)等整流性負(fù)載，由于輸入的交流電經(jīng)過(guò)整流后要用一個(gè)比較大的電容濾波，因而沖擊電流比較大。還有冰箱等電機(jī)感性負(fù)載，電機(jī)從靜止到正常轉(zhuǎn)動(dòng)也需要用電力產(chǎn)生比較大的轉(zhuǎn)矩因而起動(dòng)電流也比較大。如果我們的逆變

21、器只能設(shè)定一個(gè)能長(zhǎng)期工作的額定輸出功率的話，在起動(dòng)功率大于這個(gè)額定輸出功率的負(fù)載就不能起動(dòng)了，這就需要按照起動(dòng)功率來(lái)配備逆變器了，這顯然是一種浪費(fèi)。實(shí)際中，我們?cè)谠O(shè)計(jì)過(guò)流短路保護(hù)電路時(shí)我們會(huì)設(shè)計(jì)兩個(gè)保護(hù)點(diǎn)，額定功率和峰值功率。一般峰值功率設(shè)定為額定功率2-3 倍。時(shí)間上額定功率是長(zhǎng)時(shí)間工作不會(huì)保護(hù)的，峰值功率一般只維持到幾秒就保護(hù)了。下面以本人設(shè)計(jì)的過(guò)流短路保護(hù)電路為例講解下：R5 為全橋高壓逆變MOS 管源極的高壓電流取樣電阻，我們可以這么理解，高壓電流的大小基本上決定了輸出功率的大小，所以我們用R5 檢測(cè)高壓電流的大小。圖中LM339的兩個(gè)比較器單元我們分別用來(lái)做過(guò)流和短路檢測(cè)。先看由 I

22、C3D 及其外圍元件組成的過(guò)流保護(hù)電路，IC3D 的8 腳設(shè)定一個(gè)基準(zhǔn)電壓，由R33,VR4,R56,R54 分壓決定其值U8=5*(R33+VR4)/( R33+VR4 +R56+R54)。當(dāng)R5 上的電壓經(jīng)過(guò)R24,C17 延時(shí)后超過(guò)8 腳電壓14 腳輸出高電平通過(guò)D7 隔離到IC3B 的5 腳。4 腳兼做電池欠壓保護(hù)，正常時(shí)5 腳電壓低于4 腳，過(guò)流后5 腳電壓高于4 腳，2 腳輸出高電平控制后級(jí)的高壓MOS 關(guān)斷，當(dāng)然也可以控制前級(jí)的MOS 一起關(guān)斷。D8 的作用是過(guò)流短路或電池欠壓后正反饋鎖定2 腳為高電平。再看 IC3C 組成的短路保護(hù)電路，原理和過(guò)流保護(hù)差不多，只是延時(shí)的時(shí)間比較

23、短，C19的容量很小，加上LM339 的速度很快，可以實(shí)現(xiàn)短路保護(hù)在幾個(gè)微秒內(nèi)關(guān)斷，有效地保護(hù)了高壓MOS 管的安全。順便說(shuō)的一點(diǎn)是短路保護(hù)點(diǎn)要根據(jù)MOS 管的ID，安全區(qū)域和回路雜散電阻等參數(shù)設(shè)計(jì)。一般來(lái)說(shuō)電流在ID 以內(nèi)，動(dòng)作時(shí)間在30 微秒以內(nèi)是比較安全的。4IGBT 的驅(qū)動(dòng)和短路保護(hù)：IGBT 作為一種新型的功率器件，具有電壓和電流容量高等優(yōu)點(diǎn)，開關(guān)速度遠(yuǎn)高于雙極型晶體管而略低于MOS 管，因而廣泛地應(yīng)用在各種電源領(lǐng)域里，在中大功率逆變器中也得到廣泛應(yīng)用。IGBT 的缺點(diǎn)，一是集電極電流有一個(gè)較長(zhǎng)時(shí)間的拖尾關(guān)斷時(shí)間比較長(zhǎng)，所以關(guān)斷時(shí)一般需要加入負(fù)的電壓加速關(guān)斷；二是抗DI/DT 的能力

24、比較差，如果像保護(hù)MOS 管一樣在很大的短路電流的時(shí)候快速關(guān)斷MOS 管極可能在集電極引起很高的DI/DT，使UCE由于引腳和回路雜散電感的影響感應(yīng)出很高的電壓而損壞。IGBT 的短路保護(hù)一般是檢測(cè)CE 極的飽和壓降實(shí)現(xiàn)，當(dāng)集電極電流很大或短路時(shí)，IGBT 退出飽和區(qū)，進(jìn)入放大區(qū)。上面說(shuō)過(guò)這時(shí)我們不能直接快速關(guān)斷IGBT,我們可以降低柵極電壓來(lái)減小集電極的電流以延長(zhǎng)保護(hù)時(shí)間的耐量和減小集電極的DI/DT。如果不采取降低柵極電壓來(lái)減小集電極的電流這個(gè)措施的話一般2V 以下飽和壓降的IGBT 的短路耐量只有5S；3V 飽和壓降的IGBT 的短路耐量大約10-15S，4-5 V 飽和壓降的IGBT的

25、短路耐量大約是30S。還有一點(diǎn)，降柵壓的時(shí)間不能過(guò)快，一般要控制在2S 左右，也就是說(shuō)為了使集電極電流從很大的短路電流降到過(guò)載保護(hù)的1.2-1.5 倍一般要控制在2S 左右，不能過(guò)快，在過(guò)載保護(hù)的延時(shí)之內(nèi)如果短路消失的話是可以自動(dòng)恢復(fù)的，如果依然維持在超過(guò)過(guò)載保護(hù)電流的話由過(guò)載保護(hù)電路關(guān)斷IGBT.所以IGBT 的短路保護(hù)一般是配合過(guò)載保護(hù)的，下面是一個(gè)TLP250 增加慢降柵壓的驅(qū)動(dòng)和短路保護(hù)的應(yīng)用電路圖：上圖中電路正常工作時(shí)，ZD1 的負(fù)端的電位因D2 的導(dǎo)通而使ZD1 不足以導(dǎo)通，Q1，截止；D1 的負(fù)端為高電平所以Q3 也截止。C1 未充電，兩端的電位為0。IGBTQ3 短路后退出飽和

26、狀態(tài)，集電極電位迅速上升，D2 由導(dǎo)通轉(zhuǎn)向截止。當(dāng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)為高電平時(shí)，ZD1被擊穿，C2 能夠使Q1 的開通有一小段的延時(shí)，使得Q3 導(dǎo)通時(shí)可以有一小段的下降時(shí)間，避免了正常工作時(shí)保護(hù)電路的誤保護(hù)。ZD1 被擊穿后Q1 由于C2 的存在經(jīng)過(guò)一段很短的時(shí)間后延時(shí)導(dǎo)通，C1 開始通過(guò)R4,Q1 充電，D1 的負(fù)端電位開始下降，當(dāng)D1 的負(fù)端電位開始下降到D1 與Q3be 結(jié)的壓降之和時(shí)Q3 開始導(dǎo)通，Q2,Q4 基極電位開始下降，Q3 的柵極電壓也開始下降。當(dāng)C1 充電到ZD2 的擊穿電壓時(shí)ZD2 被擊穿，C1 停止充電，降柵壓的過(guò)程也結(jié)束，柵極電壓被鉗位在一個(gè)固定的電平上。Q3 的集電極電流也被

27、降低到一個(gè)固定的水平上。逆變器基礎(chǔ)知識(shí)大收羅 逆變器（Inverter，逆向變壓器件）是一種直流到交流（DC to AC）的變壓器，可將可變直流輸出轉(zhuǎn)換成清潔220V正弦 50Hz 或 其他類型交流電，可用于各類設(shè)備，最大限度地滿足移動(dòng)供電場(chǎng)所或無(wú)電地區(qū)用戶對(duì)交流電源的需要。廣泛用在通訊、工業(yè)設(shè)備、衛(wèi)星通信設(shè)備、軍用車載、醫(yī)療救 護(hù)車、警車、船舶、太陽(yáng)能及風(fēng)能發(fā)電領(lǐng)域。逆變器的用途第一，逆變器是商業(yè)電網(wǎng)或地方電網(wǎng)的關(guān)鍵組件。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，人類社會(huì)對(duì)能源的需求量越來(lái)越大，石油資源的緊缺及其價(jià)格的日益攀 升，以及傳統(tǒng)能源使用面臨污染環(huán)境等諸多問(wèn)題使人們轉(zhuǎn)向?qū)η鍧嵞茉矗▏?guó)內(nèi)資源豐富的

28、太陽(yáng)能/風(fēng)能）的發(fā)展。逆變器是整個(gè)太陽(yáng)能/風(fēng)能系統(tǒng)的關(guān)鍵組件，可將 由太陽(yáng)能/風(fēng)能獲得的可變直流輸出轉(zhuǎn)換成清潔正弦 50 或 60Hz 電流，從而滿足我們對(duì)在日常環(huán)境中不可或缺的220伏交流電，非常適用于為商業(yè)電網(wǎng)或地方電網(wǎng)提供電源。第二，滿足“移動(dòng)”時(shí)代的需求隨著現(xiàn)在人們生活方式的改變，高節(jié)奏，高快捷的生活需求在日益的擴(kuò)大，于是現(xiàn)在的3C產(chǎn)品，更多的數(shù)碼產(chǎn)品都在朝著這樣的方向發(fā)展著，于是我們 處了一個(gè) “移動(dòng)”的時(shí)代，移動(dòng)辦公，移動(dòng)通訊，移動(dòng)休閑和娛樂(lè)的生活中。在移動(dòng)的狀態(tài)中，人們不但需要由電池或電瓶供給的低壓直流電，同時(shí)更需要我們?cè)谌粘－h(huán)境中 不可或缺的220伏交流電，逆變器就可以滿足我們

29、的這種需求。逆變器的工作原理逆變器的工作原理其實(shí)就是一個(gè)低壓直流轉(zhuǎn)換為高壓交流的過(guò)程。其直流電壓分兩路：一給前級(jí)IC供電產(chǎn)生一個(gè)KHZ級(jí)的控制信號(hào)，一路到前級(jí)功率 管。下面是從低壓直流轉(zhuǎn)換成高壓交流過(guò)程中的3個(gè)步驟及每個(gè)步驟產(chǎn)生的結(jié)果電流（壓）：步驟1：由控制信號(hào)推動(dòng)功率管不斷開關(guān)使高頻變壓器初級(jí)產(chǎn) 生低壓的高頻交流電。產(chǎn)生 電壓低、頻率高的交流電步驟2：通過(guò)高頻變壓器輸出高頻交流電再經(jīng)過(guò)快速恢復(fù)二極管全橋整流輸出一個(gè)高頻的幾 百V直流電到后級(jí)功率管。本文由電子元件技術(shù)網(wǎng)()編輯xud，精心收 集，希望對(duì)你有用！產(chǎn)生 電壓高、頻率高的交流電步驟3：由后級(jí)IC產(chǎn)生50HZ左右的控制信號(hào)來(lái)控制后級(jí)

30、的功率管工作，輸出220V 50HZ的交流電。產(chǎn)生 220V 50HZ 的交流電。下面對(duì)比較重要的幾種逆變器進(jìn)行說(shuō)明：正弦波逆變器：輸出的是與日常使用電網(wǎng)一樣的正弦波交流電，提供高質(zhì)量的交流電，能夠帶動(dòng)任何種類的負(fù)載，但技術(shù)要求和成本均高。方波逆變器：輸出的是質(zhì)量較差的方波交流電，對(duì)負(fù)載和逆變器本身會(huì)造成劇烈的不穩(wěn)定影響。制作采用簡(jiǎn)易的多諧振蕩器，其技術(shù)屬于50年代的水 平，將逐漸退出市場(chǎng)。準(zhǔn)正弦波逆變器（屬于方波范疇） ：輸出波形從正向最大值到負(fù)向最大值之間有一個(gè)時(shí)間間隔，波形由折線組成，連續(xù)性不好，但可滿足我們大部分的用電需求，效率高，噪音小，售價(jià)適中，因而成 為市場(chǎng)中的主流產(chǎn)品。有源逆變

31、器：使電流電路中的電流，在交流側(cè)與電網(wǎng)連接而不直接接入負(fù)載的逆變器無(wú)源逆變器：使電流電路中的電流，在交流側(cè)不與電網(wǎng)連接 而直接接入負(fù)載(即把直流電逆變?yōu)槟骋活l率或可調(diào)頻率的交流電供給負(fù)載)的逆變器。逆變器關(guān)鍵參數(shù)簡(jiǎn)介，資料來(lái)自我愛方案網(wǎng)()，不管是消費(fèi)者使用還是開發(fā)者設(shè) 計(jì)，對(duì)于逆變器的以下幾個(gè)重要參數(shù)都需要熟悉：1、逆變效率。逆變效率是衡量逆變器性能的一個(gè)重要參數(shù)，逆變效率值用來(lái)表征其自身?yè)p耗功率的大小，通常以%來(lái)表示。逆變器中逆變效率 直接關(guān)系到系統(tǒng)效率，如果逆變器逆 變效率過(guò)低，將嚴(yán)重導(dǎo)致系統(tǒng)效率下降。在太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)中，太陽(yáng)電池方陣的轉(zhuǎn)換效率目前一般不超過(guò)18%，且太陽(yáng)電池的成本較

32、高，如果想提高2%一3 %轉(zhuǎn)換效率非常困難，但提高逆變器逆變效率3%一5%卻是完全可能的。逆變器效率的高低是逆變器性能好壞的一個(gè)該要標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)提高發(fā)電量和降低 發(fā)電成本有著重要影響。2、額定輸出容量額定輸出容最是用來(lái)表征逆變器向負(fù)級(jí)供電的能力。額定輸出容最值高，則逆變器帶負(fù)載能力越強(qiáng)。額定輸出容量值只是針對(duì) 純電阻性負(fù)載的一個(gè)參考，如果逆變器所帶的負(fù)載不為純限性時(shí)，逆變器帶負(fù)載能力將小于給出的額定輸出容量值。3、輸出電壓穩(wěn)定度輸出電壓穩(wěn)定度是指逆變器輸出電壓的穩(wěn)定能力。逆變器中一般會(huì)給出輸入直流電壓在允許波動(dòng)范圍內(nèi)逆變器輸出電壓的偏 差(通常稱為電壓調(diào)整率)，高性能的逆 變器一般還會(huì)

33、給出負(fù)載由。0%變化至100%時(shí)，逆變器輸出電壓的電壓偏差(通常稱為負(fù)載調(diào)整率)。標(biāo)稱電壓通常指的是開路輸出電壓，也就是不接任何負(fù) 載，沒(méi)有電流愉出的電壓值。獨(dú)立太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)中，蓄電池端電壓在充放電時(shí)電壓波動(dòng)很大，鉛酸蓄電池電壓波動(dòng)可達(dá)標(biāo)稱電壓的30%左右，所以逆變器要有良 好的輸出電壓穩(wěn)定度，才能保證系統(tǒng)在較大直流輸入范圍內(nèi)工作。4、可靠性太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行中，逆變器可靠性是形響系統(tǒng)可靠性的主要因家之一。因?yàn)楣夥l(fā)電系統(tǒng)一般工作在比較偏遠(yuǎn)的艱苦地方， 維護(hù)不方便，逆變器必須是可書 的。其可書性要求逆變器具有良好的保護(hù)功能，包括逆變器中的過(guò)流保護(hù)和短路保護(hù)功能。在光伏發(fā)電系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，

34、由于負(fù)載故障、人為誤操作和外界干擾等原 因，引起供電系統(tǒng)電流過(guò)大或短路等情況是極有可能發(fā)生的，要提高可靠性，必須要求逆變器要有相關(guān)的保護(hù)功能。自動(dòng)粘貼，原文地址：5、啟動(dòng)性能啟動(dòng)性能是指逆變器帶負(fù)載啟動(dòng)的能力和動(dòng)態(tài)工作的性能。逆變器在額定負(fù)級(jí)下應(yīng)能保證其正常啟動(dòng)。一般電阻性負(fù)載工作時(shí)，逆 變器啟動(dòng)性能較好。但如果是電感 性負(fù)載，如電動(dòng)機(jī)、冰箱、空調(diào)或大功率水泵啟動(dòng)時(shí)，功率可能是額定功率的幾倍以上。通常感性負(fù)載啟動(dòng)時(shí)，逆變器將承受較大的浪涌功率。故逆變器的啟動(dòng)性能 要求在感性或其他負(fù)載啟動(dòng)時(shí)，逆變器內(nèi)部器件能承受多次滿負(fù)荷啟動(dòng)而不致使功率器件損壞。6、諧波失真度當(dāng)逆變器輸出電壓波形為正弦波時(shí)或修

35、正波時(shí)，除了基波外還含有諧波分量，通常將諧波分量在輸出電壓總波形中的比例稱為諧 波失真度。高次諧波電流會(huì)在電感性 負(fù)載產(chǎn)生渦流，導(dǎo)致器件嚴(yán)吹發(fā)熱，嚴(yán)重的會(huì)損壞電氣設(shè)備。一般逆變器會(huì)注明其諧波失真度。方波逆變器的諧波失真約為40%，一般只適合于純阻性負(fù)載；修正 波逆變器的諧波失真小于20%左右，適合于大部分負(fù)載；而正弦波逆變器的諧波失真較小，能適用于所有的交流用電負(fù)載。逆變器未來(lái)發(fā)展方向社會(huì)日益電氣化的現(xiàn)在，各種產(chǎn)品中逆變器的要求也越來(lái)越高，需求量也越來(lái)越大。那么在逆變器快速發(fā)展的同時(shí)，它的發(fā)展趨勢(shì)又是怎樣的呢？第一，高頻化。逆變器開關(guān)頻率的提高能夠有效的減少裝置的體積和重量，同時(shí)還能夠消除變壓器和電感的音頻噪聲。在改善輸出電壓的動(dòng)態(tài)響 應(yīng)能力的時(shí)候也減小了裝置的體積和質(zhì)量。第二，高性能化。要求它的穩(wěn)壓性能好, 空載及負(fù)載時(shí)輸出電壓有效值都要穩(wěn)定；另外，波形的質(zhì)量也要求要高。對(duì)突加或突減負(fù)載時(shí)輸出電壓的瞬態(tài)響應(yīng)著一特性要好。第三，并聯(lián)及模塊化。現(xiàn) 在的逆變器已經(jīng)向著大功率和可靠性在發(fā)展，所以為了提高系統(tǒng)的可靠性, 就必