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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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)對(duì)整個(gè)產(chǎn)品的性能十分重要,由于電路中存在引線寄生電感,IGBT開關(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(duì)全橋電路來(lái)說,將產(chǎn)生比全橋電路更大的di/dt。正確設(shè)計(jì)過壓保護(hù)即緩沖電路,對(duì)IGBT的正常工作十分重要。如果緩沖電路設(shè)計(jì)不當(dāng),將造成緩沖電路損耗增大,會(huì)導(dǎo)致電路發(fā)熱嚴(yán)重,容易損壞元件,不利于長(zhǎng)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,為了避免開關(guān)器件因Cd的短路電流而損壞,在開關(guān)器件換流過程中,上、下橋臂ICBT必須遵守先關(guān)斷后開通原則,即應(yīng)留有死區(qū)時(shí)間(T。)。
 
IGBT串聯(lián)諧振式電壓型逆變器的工作過程示意圖
 
  IGBT串聯(lián)諧振式電壓型逆變工作過程如下:
 
   當(dāng)VT2開通時(shí),隨著電流的上升,在線路雜散電感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,流過反并聯(lián)二極管VD1的瞬時(shí)導(dǎo)通電流ID1為流過線路雜散電感電流IL和流過緩沖電容C1的電流IC之和。即ID1=IL+I(xiàn)C,因此IL和di/dt相對(duì)于無(wú)緩沖電路要小得多。當(dāng)VT1關(guān)斷時(shí),由于線路雜散電感Lm的作用,使Uce迅速上升,并大于母線電壓Vcc,這時(shí)緩沖二極管VD1正向偏置,Lm中的儲(chǔ)能(LmI2/2)向緩沖電路轉(zhuǎn)移,緩沖電路吸收了貯能,不會(huì)造成Uce的明顯上升。
 
    由于負(fù)載電路是采用品質(zhì)因數(shù)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(fù)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(fù)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(fù)載的影響。在死區(qū)時(shí)間中,電流會(huì)通過IGBT的反并聯(lián)二極管繼續(xù)流通,這種逆變器具有如下特征。
  (1)容易投入負(fù)載電力。配線電感可以和負(fù)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(yīng)加熱負(fù)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,采用低壓開關(guān)器件并聯(lián),就可構(gòu)成這種系統(tǒng),因而實(shí)用性強(qiáng)。
 
  (2)負(fù)載匹配容易。選擇開關(guān)器件,必須考慮最合適的電流和電壓。為了便于實(shí)現(xiàn)負(fù)載匹配,逆變器一艘都通過匹配變壓器輸出。可以通過調(diào)整匹配變壓器的初次級(jí)線圈匝比來(lái)獲得必要的負(fù)載電力所需的負(fù)載電壓以及滿足開關(guān)器件的最佳工作電壓要求。而在設(shè)計(jì)時(shí),只要把匹配變壓器的漏感簡(jiǎn)單地加進(jìn)負(fù)載電感就可達(dá)到目的,設(shè)計(jì)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(fù)二極管,電阻要用無(wú)感電阻。
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