H型雙極模式PWM控制的功率轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)與分析

SKHI22AH4的主要電路保護(hù)功能設(shè)計(jì)：

　　1)短路保護(hù)功能

　　在C極和E極間容易出現(xiàn)短路的現(xiàn)象。短路時(shí)，電流增大，IGBT的功率損耗迅速增大(隨著電流的平方增大)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成IGBT的損壞。因此，需要對(duì)IGBT進(jìn)行短路保護(hù)。如圖2所示，通過(guò)對(duì)C極和E極的電壓的比較，就實(shí)現(xiàn)了對(duì)C極和E極間的短路保護(hù)。實(shí)現(xiàn)短路保護(hù)，就要合理確定Rce和Cce的值。具體步驟如下：

　?、俅_定Vces的值。Vces既不能過(guò)大也不能過(guò)小，過(guò)大會(huì)增加IGBT動(dòng)態(tài)功率損耗，過(guò)小會(huì)減弱短路保護(hù)能力，一般取5.6V。為了減小IGBT的動(dòng)態(tài)功率損耗，可以適當(dāng)減小，但不能小于3.5V。這里取Vces=4V。

　?、诖_定Rce。由公式(1)求得Rce=13Ω。

　　③確定tmin。由SKHI22AH4模塊的特性知，tmince=470pF。

　　2)互鎖保護(hù)功能

　　SKHI22AH4模塊具有互鎖功能，以防止H橋同側(cè)臂的2個(gè)IGBT同時(shí)導(dǎo)通?；ユi功能就是：在H橋同側(cè)臂的2個(gè)IGBT中，一個(gè)IGBT關(guān)閉后要有一段延時(shí)，另一個(gè)IGBT才能開(kāi)通?；ユi的鎖定時(shí)間ttd=2.7+0.13Rtd(Rtd為互鎖電阻)，2.7μs是由于SKHI22AH4模塊中已經(jīng)集成了一個(gè)互鎖電阻產(chǎn)生。取Rtd=08，則ttd=2.7μs。

　　3)錯(cuò)誤監(jiān)測(cè)

　　SKHI22AH4模塊具有錯(cuò)誤監(jiān)測(cè)功能，它可以對(duì)短路、過(guò)流、電壓不穩(wěn)等錯(cuò)誤進(jìn)行監(jiān)測(cè)。當(dāng)錯(cuò)誤發(fā)生時(shí)，SKHI22AH4模塊停止運(yùn)行，并將錯(cuò)誤信號(hào)存儲(chǔ)在Errormemory中，直到錯(cuò)誤排除，才能從新運(yùn)行。

　　按照上述驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)，可得SKHI22AH4模塊的驅(qū)動(dòng)波形，如圖3所示。

　　圖3SKHI22AH4模塊輸入輸出的波形圖

　　H型雙極模式PWM控制的功率轉(zhuǎn)換電路

　　經(jīng)過(guò)上述設(shè)計(jì)，得H型雙極模式PWM控制的功率轉(zhuǎn)換電路原理圖，如圖4所示。經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試得，圖4所對(duì)應(yīng)的功率轉(zhuǎn)換電路中IGBT的ton=1.8Ls、toff=1.4Ls，則IGBT的開(kāi)關(guān)時(shí)間為3.2Ls。

　　圖4H型雙極模式PWM控制的功率轉(zhuǎn)換電路原理圖

　　實(shí)驗(yàn)

　　設(shè)計(jì)完H型雙極模式PWM控制的功率轉(zhuǎn)換電路后，還要確定合理的PWM開(kāi)關(guān)頻率，才能進(jìn)一步減小功率損耗、實(shí)現(xiàn)H型雙極模式PWM控制在大功率伺服系統(tǒng)中的應(yīng)用。

　　PWM開(kāi)關(guān)頻率的計(jì)算

　　合理的開(kāi)關(guān)頻率不但可以進(jìn)一步減小功率損耗、提高效率，而且還可以使系統(tǒng)性能與連續(xù)系統(tǒng)的性能相差無(wú)幾。綜合來(lái)看，開(kāi)關(guān)頻率的確定，受到很多相互矛盾的因素決定：

　?、贋榱烁纳旗o摩擦對(duì)伺服系統(tǒng)低速性能的影響、使得電動(dòng)機(jī)在零位處于動(dòng)力潤(rùn)滑狀態(tài)，因 此雙極模式PWM控制工作時(shí)考慮微振特性的開(kāi)關(guān)頻率應(yīng)滿足公式(4);