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IGBT串聯(lián)諧振式電壓型逆變器的工作原理

該電源采用半橋結構串聯(lián)諧振逆變電路,主電路原理如圖所示。在大功率IGBT諧振式逆變電路中,主電路的結構對整個(gè)產(chǎn)品的性能十分重要,由于電路中存在引線(xiàn)寄生電感,IGBT開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)在電感上激起的浪涌尖峰電壓Ldi/dt不可忽視,由于本電源采用的是半橋逆變電路,相對全橋電路來(lái)說(shuō),將產(chǎn)生比全橋電路更大的di/dt。正確設計過(guò)壓保護即緩沖電路,對IGBT的正常工作十分重要。如果緩沖電路設計不當,將造成緩沖電路損耗增大,會(huì )導致電路發(fā)熱嚴重,容易損壞元件,不利于長(cháng)期工作。為了給無(wú)功電流提供通路,ICBT必須反并聯(lián)快速二極管,在電壓型逆變器中,為了避免開(kāi)關(guān)器件因Cd的短路電流而損壞,在開(kāi)關(guān)器件換流過(guò)程中,上、下橋臂ICBT必須遵守先關(guān)斷后開(kāi)通原則,即應留有死區時(shí)間(T。)。
 
IGBT串聯(lián)諧振式電壓型逆變器的工作過(guò)程示意圖
 
  IGBT串聯(lián)諧振式電壓型逆變工作過(guò)程如下:
 
   當VT2開(kāi)通時(shí),隨著(zhù)電流的上升,在線(xiàn)路雜散電感Lm的作用下,使得Uab下降到Vcc-Ldi/dt,此時(shí)前一工作周期以被充電到Vcc的緩沖電容C1,通過(guò)VT1的反并聯(lián)二極管VD1、VT2和緩沖電阻R2放電。在緩沖電路中,流過(guò)反并聯(lián)二極管VD1的瞬時(shí)導通電流ID1為流過(guò)線(xiàn)路雜散電感電流IL和流過(guò)緩沖電容C1的電流IC之和。即ID1=IL+IC,因此IL和di/dt相對于無(wú)緩沖電路要小得多。當VT1關(guān)斷時(shí),由于線(xiàn)路雜散電感Lm的作用,使Uce迅速上升,并大于母線(xiàn)電壓Vcc,這時(shí)緩沖二極管VD1正向偏置,Lm中的儲能(LmI2/2)向緩沖電路轉移,緩沖電路吸收了貯能,不會(huì )造成Uce的明顯上升。
 
    由于負載電路是采用品質(zhì)因數為Q的LC串聯(lián)諧振電路,因而加在三和C上的電壓是逆變器輸出基波電壓的Q倍,負載電流則與逆變器的輸出電流相同。這樣,串聯(lián)諧振電路的自身成了電流源。逆變器的輸出電壓與負載無(wú)關(guān),其值等于由C。保持恒定的電壓。因此,由于受已成電流源的負載的影響。在死區時(shí)間中,電流會(huì )通過(guò)IGBT的反并聯(lián)二極管繼續流通,這種逆變器具有如下特征。
  (1)容易投入負載電力。配線(xiàn)電感可以和負載電感相抵,又有Cd的作用,因而即使是低壓電路,在諧振頻率附近工作,也能注入很大電流。感應加熱負載的等效阻抗多為幾十m0,如果逆變器的直流電壓為幾百V,就足以給出幾百kW的電力。它的這一特征表明,采用低壓開(kāi)關(guān)器件并聯(lián),就可構成這種系統,因而實(shí)用性強。
 
  (2)負載匹配容易。選擇開(kāi)關(guān)器件,必須考慮最合適的電流和電壓。為了便于實(shí)現負載匹配,逆變器一艘都通過(guò)匹配變壓器輸出?梢酝ㄟ^(guò)調整匹配變壓器的初次級線(xiàn)圈匝比來(lái)獲得必要的負載電力所需的負載電壓以及滿(mǎn)足開(kāi)關(guān)器件的最佳工作電壓要求。而在設計時(shí),只要把匹配變壓器的漏感簡(jiǎn)單地加進(jìn)負載電感就可達到目的,設計的自由度大。在緩沖電路的元件選擇中,電容要選擇耐壓較高的電容,二極管最好選擇高性能的快恢復二極管,電阻要用無(wú)感電阻。
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