基于IGBT的电磁振荡设计-设计应用

精品文档-下载后可编辑基于IGBT的电磁振荡设计-设计应用前言IGBT是绝缘栅极双极型晶体管。它是一种新型的功率开关器件，电压控制器件，具有输入阻抗高、速度快、热稳定性强、耐压高方面的优点，因此在现实电力电子装置中得到了广泛的应用。在我们的设计中使用的是西门子公司生产的BSM50GB120，它的正常工作电流是50A，电压为1200V，根据具体的情况需要，还可以选取其它型号的IGBT。对于IGBT的驱动电路模块，市场上也有卖的，其中典型的是EXB840、2SD315A、IR2130等等。但是在家用电器中，考虑到驱动保护特性，以及成本方面的因数，设计出了一种简单实用的驱动保护电路。通过电磁振荡产生的强大磁场，然后作用在锅具(磁性的)上形成涡流，实现加热功能的。使用这种方案的器具，凭借其卫生、使用方便可靠，尤其是节能方面优点更显著，热效率一般能够达到90%多，所以在人们的日常生活中得到了广泛的应用。目前，这种电磁振荡方案以其结构简单清晰、可靠性高、成本低的特点，在实际中已经得到了广泛的应用。而且这种IGBT驱动保护电路和电磁振荡方案可以用在家用电器中的电磁炉、电磁电饭锅、电磁热水壶、电磁热水器等。

IGBT的驱动保护电路IGBT的驱动电路根据不同的功能要求，可以选取不同的驱动电路，在有些重要的大电流或者是昂贵的电子设备中，我们可以选取专门的IGBT驱动及保护芯片，可靠性很高，但是在一些低成本，如家用电器中，这些驱动模块就不太实用了。如图1所示，其中包括了IGBT的具体驱动电路，满足了IGBT的驱动要求，采用的是单电源15V供电的方式，IGBT的栅极电压可以为15V和0V，可以保证IGBT的正常导通与关断，电路简单，实用于低成本的家用电器控制器中。<IMGalt=""border=undefinedonload="Vref时，比较器的输出端相当于开路，通过外接上拉电阻，可以得到高电平，从而驱动IGBT导通，而当V3Vref时，比较器的输出口相当于接地，输出为低电平。如图2为电磁振荡电路原理图，当220V的交流电经过硅桥（B1），再通过电容C1的滤波处理，转换成为直流电压信号。励磁线圈（炉盘）和电容C3为并联的，用以产生电磁振荡。图3为电磁振荡过程中的各点的波形，这些信号都是在振荡过程中相当重要的，如果有一个信号出错，都会影响电磁振荡的正常进行，其中包括了参考电源信号V1，电压反馈信号V2，以及同步结果信号V5，控制功率的参考电压信号Vref，以及IGBT的驱动信号等。t0-t1过程：IGBT为截止状态，L、C正在发生振荡。首先，在t0时刻，电路中的能量表现为电感L2的电流，接下来能量通过电感转向电容器，即以电流的形式向电压的形式转换，通过电容器C3与电感L2的并联回路给电容充电。当电容电压达到值的时候，如图3中的V2的峰值时刻，这时电容的电压能够达到1000V，电感的电流为0，接下来能量从电容C3转向电感。当V2电压低于比较的电压信号V1时，比较器1的输出发生翻转，此时电容C5迅速放电，使得V3的电压低于了功率参考电压Vref，由于比较器2的作用，强行使IGBT导通。t1-t2过程：IGBT为导通状态，这个时间段内，电感L2的电流急剧增加，如图3所示，反馈电压V2接近0，比较器1的输出口V5也为低电平。在这个时候，电容C5开始充电，当这个电压（V3）高于功率参考电压Vref的时候，比较器2的输出口电压发生翻转，把IGBT的驱动电压强行拉低了，这就是一个IGBT导通的一个过程。t0-t2的过程就是一个电磁振荡的过程，也是电磁振荡的一个周期，以后的过程与这段时间相同，如图3中，t2-t3过程与t0-t1过程完全相同，t3-t4过程与t1t2过程完全相同。t0t1的时间间隔取决于谐振线圈L2和谐振电容C3，所以这个电磁振荡的频率f主要取决于L2和C3：电压V1、V2的选取在整个系统中相当重要，它关系到同步电路部分能否准确监测主回路的状态。在静态的时候，V2要略高于V1，以保证比较器1的输出为高。但是如果V2过高，R14选取相对过大，在振荡的过程中，会出现电容C3的电压已降为0时不能及时驱动IGBT，使其导通，这样不能准确监测主回路的工作状态。同样如果R14与R12的匹配的值过小，会提前促使IGBT导通，这样一来由于反压过高，此时IGBT一旦导通，就会被损坏。在反复的实验中，得到了如图4的数据，t1和t1’则并不是同一时刻，这是值得注意的，这也是相当重要的。一个振荡周期大概为40祍，如图4中所示，t1’要比t1滞后2个祍，这个滞后是允许的，但是这个时间不能太长。说明在反馈电压V2还没有降到0的时候，已经又有信号驱动IGBT，使其导通。首先这个时间是允许的，因为IGBT有一个栅极电压VGE，这个电压的具体值根据不同的器件而定的，大概为2V～5V，说明在t1’时刻IGBT不一定已经导通了。其次，这个时间不易过长，如果过长了，则会出现反馈电压V2还没有降到0，就再次驱动IGBT了，这个时候IGBT的集电极还有很高的电压，这样一来，IGBT很可能受到损坏。在实际的电路中，可以通过调节V1与V2的电压来控制t1与t1’之间的时间间隔，其中V1是一个参考电压，V2是反馈电压，通过使用比较器起到同步的作用。

结语该IGBT的驱动电路具有廉价、简单、可靠实用的特点。没有采用以往的正负电源供电的复杂电源，而是采用的+15V与0V的驱动方案，为设计带来了方便。在保护电路中使用了延时缓降栅极电压的过流保护措施，结合电磁产品中的驱动要求，这种保护措施是行之有效的。同时还考虑到了栅极驱动电压的过压保护和集电极电压变化过快的保护措施。■参考文献:

[1].50Adatasheet/datasheet/50A_2233387.html.[2].EXB840datasheet/datasheet/EXB840_305476.html.[3].2SD315Adatasheet/datasheet/2SD315A_1137105.html.[4].IR2130