基于IGBT光伏發(fā)電逆變電路的設計
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1．2 IGBT的原理
絕緣柵雙極晶體管IGBT是相當于在MOSFET的漏極下增加了P+區，相比MOSFET來(lái)說(shuō)多了一個(gè)PN結，當IGBT的集電極與發(fā)射極之間加上負電
壓時(shí)，此PN結處于反向偏置狀態(tài)，其集電極與發(fā)射極之間沒(méi)有電流通過(guò)，因此IGBT要比MOSFET具有更高的耐壓性。也是由于P+區的存在，使得IGBT在導通時(shí)是低阻狀態(tài)，所以相對MOSFET來(lái)說(shuō)，IGBT的電流容量要更大一些。表1所示為MOSFET和IGBT的性能對比，其中MOSFET的門(mén)柵極驅動(dòng)損耗是比較低的，但相比于IGBT來(lái)說(shuō)，IGBT的門(mén)柵極驅動(dòng)損耗更低一些。
2 電路設計
逆變電路中的前級DC-DC變換器部分采用PIC16F873單片機為控制核心，后級DC-AC部分采用高性能DSP芯片TMS320F240為控制核心的全橋逆變電路。為了提升太陽(yáng)能光伏發(fā)電逆變器的效率，可以通過(guò)降低逆變器損耗的方式來(lái)完成，其中驅動(dòng)損耗和開(kāi)關(guān)損耗是重點(diǎn)解決對象。降低驅動(dòng)損耗的關(guān)鍵取決于功率開(kāi)關(guān)管IGBT的柵極特性，降低開(kāi)關(guān)損耗的關(guān)鍵取決于功率開(kāi)關(guān)管IGBT的控制方式，因此針對驅動(dòng)損耗和開(kāi)關(guān)損耗的特性提出以下解決方案。
2．1 驅動(dòng)電路
驅動(dòng)電路是將主控制電路輸出的信號轉變?yōu)榉夏孀冸娐匪枰尿寗?dòng)信號，也就是說(shuō)它是連接主控制器與逆變器之間的橋梁，因此驅動(dòng)電路性能的設計是至關(guān)重要的。采用EXB841集成電路構成IGBT的柵極驅動(dòng)電路如圖3所示，EXB841的響應速度快，可以通過(guò)控制其柵極的電阻來(lái)降低驅動(dòng)損耗，提高其工作效率。EXB841內部有過(guò)電流保護電路，減少了外部電路的設計，使電路設計更加簡(jiǎn)單方便。比較典型的EXB 841的應用電路，一般是在IGBT的柵極上串聯(lián)一個(gè)電阻Rg，這樣是為了可以減小控制脈沖前后的震蕩，而選取適當Rg的阻值則對IGBT的驅動(dòng)有著(zhù)相當重要的影響。此次電路在EXB841典型應用電路的基礎上，優(yōu)化IGBT柵極上串聯(lián)的電阻，使其在IGBT導通與關(guān)斷時(shí)，其電阻隨著(zhù)需要而有所變化。本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/177791.htm
具體實(shí)施如下：采用Rg2和VD1串聯(lián)再與Rg1并聯(lián)，當IGBT導通時(shí)，由驅動(dòng)電路內部EXB841的3腳輸出正電壓，VD1導通，Rg1和Rg2共同工作，因為并聯(lián)后的總電阻小于每一個(gè)支路的分電阻，所以串聯(lián)在柵極上的總電阻Rg的值比Rg1，Rg2的值都要小，這樣使得開(kāi)關(guān)時(shí)間和開(kāi)關(guān)損耗隨著(zhù)總電阻值的減小而減少，進(jìn)而降低驅動(dòng)損耗。當IGBT關(guān)斷時(shí)，該驅動(dòng)電路內部EXB841的5腳導通，3腳不導通，IGBT的發(fā)射極提供負電壓，使得與Rg2串聯(lián)的VD1截止，Rg1工作，Rg2不工作，此時(shí)串聯(lián)在柵極上的總電阻Rg的值就是Rg1的阻值，這樣在關(guān)斷IGBT時(shí)不會(huì )因為柵極間的電阻過(guò)小而導致器件的誤導通，進(jìn)而提高了工作效率。
2．2 軟開(kāi)關(guān)
針對開(kāi)關(guān)損耗，采用軟開(kāi)關(guān)技術(shù)。軟開(kāi)關(guān)技術(shù)是相對于硬開(kāi)關(guān)而言的，傳統的開(kāi)關(guān)方式稱(chēng)為硬開(kāi)關(guān)，所謂軟開(kāi)關(guān)技術(shù)就是半導體開(kāi)關(guān)在其導通或關(guān)斷時(shí)的時(shí)間很短，使流過(guò)開(kāi)關(guān)的電流或加在開(kāi)關(guān)的電壓很小，幾乎為零，從而降低了開(kāi)關(guān)損耗。實(shí)質(zhì)是通過(guò)提高開(kāi)關(guān)頻率來(lái)減小變壓器和濾波器的體積和重量，進(jìn)而大大提高變換器的功率密度，降低了開(kāi)關(guān)電源的音頻噪聲，從而減小了開(kāi)關(guān)損耗。
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