IGBT串联谐振式电压型逆变器的工作原理

 

    该电源采用半桥结构串联谐振逆变电路，主电路原理如图所示。在大功率IGBT谐振式逆变电路中，主电路的结构对整个产品的性能十分重要，由于电路中存在引线寄生电感，IGBT开关动作时在电感上激起的浪涌尖峰电压Ldi／dt不可忽视，由于本电源采用的是半桥逆变电路，相对全桥电路来说，将产生比全桥电路更大的di／dt。正确设计过压保护即缓冲电路，对IGBT的正常工作十分重要。如果缓冲电路设计不当，将造成缓冲电路损耗增大，会导致电路发热严重，容易损坏元件，不利于长期工作。为了给无功电流提供通路，ICBT必须反并联快速二极管，在电压型逆变器中，为了避免开关器件因Cd的短路电流而损坏，在开关器件换流过程中，上、下桥臂ICBT必须遵守先关断后开通原则，即应留有死区时间(T。)。

  IGBT串联谐振式电压型逆变工作过程如下：

   当VT2开通时，随着电流的上升，在线路杂散电感Lm的作用下，使得Uab下降到Vcc－Ldi／dt，此时前一工作周期以被充电到Vcc的缓冲电容C1，通过VT1的反并联二极管VD1、VT2和缓冲电阻R2放电。在缓冲电路中，流过反并联二极管VD1的瞬时导通电流ID1为流过线路杂散电感电流IL和流过缓冲电容C1的电流IC之和。即ID1＝IL＋IC，因此IL和di／dt相对于无缓冲电路要小得多。当VT1关断时，由于线路杂散电感Lm的作用，使Uce迅速上升，并大于母线电压Vcc，这时缓冲二极管VD1正向偏置，Lm中的储能（LmI2／2）向缓冲电路转移，缓冲电路吸收了贮能，不会造成Uce的明显上升。

    由于负载电路是采用品质因数为Q的LC串联谐振电路，因而加在三和C上的电压是逆变器输出基波电压的Q倍，负载电流则与逆变器的输出电流相同。这样，串联谐振电路的自身成了电流源。逆变器的输出电压与负载无关，其值等于由C。保持恒定的电压。因此，由于受已成电流源的负载的影响。在死区时间中，电流会通过IGBT的反并联二极管继续流通，这种逆变器具有如下特征。

  (1)容易投入负载电力。配线电感可以和负载电感相抵，又有Cd的作用，因而即使是低压电路，在谐振频率附近工作，也能注入很大电流。感应加热负载的等效阻抗多为几十m0，如果逆变器的直流电压为几百V，就足以给出几百kW的电力。它的这一特征表明，采用低压开关器件并联，就可构成这种系统，因而实用性强。

  (2)负载匹配容易。选择开关器件，必须考虑最合适的电流和电压。为了便于实现负载匹配，逆变器一艘都通过匹配变压器输出。可以通过调整匹配变压器的初次级线圈匝比来获得必要的负载电力所需的负载电压以及满足开关器件的最佳工作电压要求。而在设计时，只要把匹配变压器的漏感简单地加进负载电感就可达到目的，设计的自由度大。在缓冲电路的元件选择中，电容要选择耐压较高的电容，二极管最好选择高性能的快恢复二极管，电阻要用无感电阻。