H型雙極模式PWM控制的功率轉(zhuǎn)換電路設(shè)計與分析

SKHI22AH4的主要電路保護(hù)功能設(shè)計：

　　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，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)重時會造成IGBT的損壞。因此，需要對IGBT進(jìn)行短路保護(hù)。如圖2所示，通過對C極和E極的電壓的比較，就實現(xiàn)了對C極和E極間的短路保護(hù)。實現(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既不能過大也不能過小，過大會增加IGBT動態(tài)功率損耗，過小會減弱短路保護(hù)能力，一般取5.6V。為了減小IGBT的動態(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。

　?、鄞_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IGBT同時導(dǎo)通?；ユi功能就是：在H橋同側(cè)臂的2個IGBT中，一個IGBT關(guān)閉后要有一段延時，另一個IGBT才能開通?；ユi的鎖定時間ttd=2.7+0.13Rtd(Rtd為互鎖電阻)，2.7μs是由于SKHI22AH4模塊中已經(jīng)集成了一個互鎖電阻產(chǎn)生。取Rtd=08，則ttd=2.7μs。

　　3)錯誤監(jiān)測

　　SKHI22AH4模塊具有錯誤監(jiān)測功能，它可以對短路、過流、電壓不穩(wěn)等錯誤進(jìn)行監(jiān)測。當(dāng)錯誤發(fā)生時，SKHI22AH4模塊停止運行，并將錯誤信號存儲在Errormemory中，直到錯誤排除，才能從新運行。

　　按照上述驅(qū)動電路設(shè)計，可得SKHI22AH4模塊的驅(qū)動波形，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)過上述設(shè)計，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)實驗測試得，圖4所對應(yīng)的功率轉(zhuǎn)換電路中IGBT的ton=1.8Ls、toff=1.4Ls，則IGBT的開關(guān)時間為3.2Ls。

　　圖4H型雙極模式PWM控制的功率轉(zhuǎn)換電路原理圖

　　實驗

　　設(shè)計完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開關(guān)頻率，才能進(jìn)一步減小功率損耗、實現(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開關(guān)頻率的計算

　　合理的開關(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)的性能相差無幾。綜合來看，開關(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摩擦對伺服系統(tǒng)低速性能的影響、使得電動機在零位處于動力潤滑狀態(tài)，因 此雙極模式PWM控制工作時考慮微振特性的開關(guān)頻率應(yīng)滿足公式(4);