基于IGBT的電磁振蕩設(shè)計(jì)

　　IGBT是絕緣柵極雙極型晶體管。它是一種新型的功率開關(guān)器件，電壓控制器件，具有輸入阻抗高、速度快、熱穩(wěn)定性強(qiáng)、耐壓高方面的優(yōu)點(diǎn)，因此在現(xiàn)實(shí)電力電子裝置中得到了廣泛的應(yīng)用。在我們的設(shè)計(jì)中使用的是西門子公司生產(chǎn)的BSM50GB120，它的正常工作電流是50A，電壓為1200V，根據(jù)具體的情況需要，還可以選取其它型號(hào)的IGBT。對(duì)于IGBT的驅(qū)動(dòng)電路模塊，市場(chǎng)上也有賣的，其中典型的是EXB840、2SD315A、IR2130等等。但是在家用電器中，考慮到驅(qū)動(dòng)保護(hù)特性，以及成本方面的因數(shù)，設(shè)計(jì)出了一種簡(jiǎn)單實(shí)用的驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路。

　　通過電磁振蕩產(chǎn)生的強(qiáng)大磁場(chǎng)，然后作用在鍋具（磁性的）上形成渦流，實(shí)現(xiàn)加熱功能的。使用這種方案的器具，憑借其衛(wèi)生、使用方便可靠，尤其是節(jié)能方面優(yōu)點(diǎn)更顯著，熱效率一般能夠達(dá)到90%多，所以在人們的日常生活中得到了廣泛的應(yīng)用。目前，這種電磁振蕩方案以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單清晰、可靠性高、成本低的特點(diǎn)，在實(shí)際中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。而且這種IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路和電磁振蕩方案可以在家用電器中的電磁爐、電磁電飯鍋、電磁熱水壺、電磁熱水器等。

　　IGBT的驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路

　　IGBT的驅(qū)動(dòng)電路

　　根據(jù)不同的功能要求，可以選取不同的驅(qū)動(dòng)電路，在有些重要的大電流或者是昂貴的電子設(shè)備中，我們可以選取專門的IGBT驅(qū)動(dòng)及保護(hù)芯片，可靠性很高，但是在一些低成本，如家用電器中，這些驅(qū)動(dòng)模塊就不太實(shí)用了。

　　如圖1所示，其中包括了IGBT的具體驅(qū)動(dòng)電路， 滿足了IGBT的驅(qū)動(dòng)要求，采用的是單電源15V供電的方式，IGBT的柵極電壓可以為15V和0V，可以保證IGBT的正常導(dǎo)通與關(guān)斷，電路簡(jiǎn)單，實(shí)用于低成本的家用電器控制器中。

　　其中A點(diǎn)為IGBT的控制輸入信號(hào)。當(dāng)輸入高電平的時(shí)候，Q4導(dǎo)通，則B點(diǎn)為高電平，從而驅(qū)動(dòng)Q1導(dǎo)通，Q2截止，使得D點(diǎn)電壓為+15V，然后通過電阻 R2驅(qū)動(dòng)IGBT，此時(shí)D4相當(dāng)于開路，R2為斷開的。D1、D2為15V的穩(wěn)壓二極管，他們可以控制IGBT的G點(diǎn)在15V， 控制IGBT導(dǎo)通。當(dāng)A 點(diǎn)輸入的是低電平，Q4截止，B點(diǎn)為低電平，從而驅(qū)動(dòng)Q2導(dǎo)通，Q1截止，D點(diǎn)電平為低的，這時(shí)R1與R2認(rèn)為是并聯(lián)的，使得IGBT為截止?fàn)顟B(tài)。

　　IGBT的保護(hù)電路

　　首先是過流保護(hù)措施，IGBT的短路電流的大小與柵極電壓有關(guān)，在實(shí)際應(yīng)用中，可以通過減少柵極電壓來降低短路電流或延長(zhǎng)承受短路電流的時(shí)間。在電磁振蕩過程中，其振蕩頻率為30KHz～40KHz，在一個(gè)周期中，IGBT開通的時(shí)間大概是15~25μs。當(dāng)發(fā)生過流情況時(shí)，IGBT的C、E兩端的電壓會(huì)升高，使得D7相當(dāng)于斷開了，這個(gè)時(shí)候IGBT為導(dǎo)通的，B點(diǎn)電壓為15V，二極管D6導(dǎo)通，然后通過R6，R7為電容器C1充電，如果過流時(shí)間超過2μs 后，C點(diǎn)的電壓使得穩(wěn)壓二極管D5導(dǎo)通，導(dǎo)致Q3處于導(dǎo)通狀態(tài)，在電路中選用的穩(wěn)壓二極管D3為10V的，這樣由于D3的鉗位作用，這樣有效地降低了 IGBT的柵極電壓VGE，根據(jù)IGBT的驅(qū)動(dòng)特性，可以延長(zhǎng)IGBT的短路電流的承受時(shí)間。在電磁振蕩電路中，IGBT開啟的時(shí)間很短，采取這樣降低柵極電壓的方法可以有效地保護(hù)器件。

　　通過對(duì)接的兩個(gè)穩(wěn)壓二極管可以有效低鉗位D點(diǎn)的電壓不能超過15V，在D點(diǎn)與地線之間接上一個(gè)幾十 KΩ的電阻，這樣可以作為柵極驅(qū)動(dòng)電壓的過壓保護(hù)。在IGBT關(guān)斷的時(shí)候，二極管D4導(dǎo)通，則此時(shí)柵極電阻RG則相當(dāng)于是R1與R2兩個(gè)電阻并聯(lián)的電阻，這樣使得柵極電阻RG更小，這樣可以有效地起到集電極電流變化過大保護(hù)作用。此外在繪制PCB時(shí)，在加粗地線的同時(shí)得注意驅(qū)動(dòng)電路與IGBT柵極、發(fā)射極之間的距離，盡量減小柵極與發(fā)射極的等效電感。

　　圖 1 IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路

　　IGBT是絕緣柵極雙極型晶體管。它是一種新型的功率開關(guān)器件，電壓控制器件，具有輸入阻抗高、速度快、熱穩(wěn)定性強(qiáng)、耐壓高方面的優(yōu)點(diǎn)，因此在現(xiàn)實(shí)電力電子裝置中得到了廣泛的應(yīng)用。在我們的設(shè)計(jì)中使用的是西門子公司生產(chǎn)的BSM50GB120，它的正常工作電流是50A，電壓為1200V，根據(jù)具體的情況需要，還可以選取其它型號(hào)的IGBT。對(duì)于IGBT的驅(qū)動(dòng)電路模塊，市場(chǎng)上也有賣的，其中典型的是EXB840、2SD315A、IR2130等等。但是在家用電器中，考慮到驅(qū)動(dòng)保護(hù)特性，以及成本方面的因數(shù)，設(shè)計(jì)出了一種簡(jiǎn)單實(shí)用的驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路。

　　通過電磁振蕩產(chǎn)生的強(qiáng)大磁場(chǎng)，然后作用在鍋具（磁性的）上形成渦流，實(shí)現(xiàn)加熱功能的。使用這種方案的器具，憑借其衛(wèi)生、使用方便可靠，尤其是節(jié)能方面優(yōu)點(diǎn)更顯著，熱效率一般能夠達(dá)到90%多，所以在人們的日常生活中得到了廣泛的應(yīng)用。目前，這種電磁振蕩方案以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單清晰、可靠性高、成本低的特點(diǎn)，在實(shí)際中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。而且這種IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路和電磁振蕩方案可以在家用電器中的電磁爐、電磁電飯鍋、電磁熱水壺、電磁熱水器等。