一些重要信號波形 - 基于IGBT的電磁振蕩設(shè)計(jì)

　　圖3為電磁振蕩過程中的各點(diǎn)的波形，這些信號都是在振蕩過程中相當(dāng)重要的，如果有一個信號出錯，都會影響電磁振蕩的正常進(jìn)行，其中包括了參考電源信號V1，電壓反饋信號V2，以及同步結(jié)果信號V5，控制功率的參考電壓信號Vref，以及IGBT的驅(qū)動信號等。

　　t0 －t1過程：IGBT為截止?fàn)顟B(tài)，L、C正在發(fā)生振蕩。首先，在t0時刻，電路中的能量表現(xiàn)為電感L2的電流，接下來能量通過電感轉(zhuǎn)向電容器，即以電流的形式向電壓的形式轉(zhuǎn)換，通過電容器C3與電感L2的并聯(lián)回路給電容充電。當(dāng)電容電壓達(dá)到最大值的時候，如圖3中的V2的峰值時刻，這時電容的電壓能夠達(dá)到 1000V，電感的電流為0，接下來能量從電容C3轉(zhuǎn)向電感。當(dāng)V2電壓低于比較的電壓信號V1時，比較器1的輸出發(fā)生一次翻轉(zhuǎn)，此時電容C5迅速放電，使得V3的電壓低于了功率參考電壓Vref，由于比較器2的作用，強(qiáng)行使IGBT導(dǎo)通。

　　t1－t2過程：IGBT為導(dǎo)通狀態(tài)，這個時間段內(nèi)，電感L2的電流急劇增加，如圖3所示，反饋電壓V2接近0，比較器1的輸出口V5也為低電平。在這個時候，電容C5開始充電，當(dāng)這個電壓（V3）高于功率參考電壓Vref的時候，比較器2的輸出口電壓發(fā)生翻轉(zhuǎn)，把IGBT的驅(qū)動電壓強(qiáng)行拉低了，這就是一個IGBT導(dǎo)通的一個過程。

　　t0 －t2的過程就是一個電磁振蕩的過程，也是電磁振蕩的一個周期，以后的過程與這段時間相同，如圖3中，t2－t3過程與t0－t1過程完全相同，t3－ t4過程與t1－t2過程完全相同。t0－t1的時間間隔取決于諧振線圈L2和諧振電容C3，所以這個電磁振蕩的頻率f主要取決于L2和C3。

　　圖3 電磁振蕩過程中的一些重要信號波形

　　電壓V1、V2的選取在整個系統(tǒng)中相當(dāng)重要，它關(guān)系到同步電路部分能否準(zhǔn)確監(jiān)測主回路的狀態(tài)。在靜態(tài)的時候，V2 要略高于V1，以保證比較器1的輸出為高。但是如果V2過高，R14選取相對過大，在振蕩的過程中，會出現(xiàn)電容C3的電壓已降為0時不能及時驅(qū)動IGBT，使其導(dǎo)通，這樣不能準(zhǔn)確監(jiān)測主回路的工作狀態(tài)。同樣如果R14與R12的匹配的值過小，會提前促使IGBT導(dǎo)通，這樣一來由于反壓過高，此時IGBT一旦導(dǎo)通，就會被損壞。

　　在反復(fù)的實(shí)驗(yàn)中，得到了如圖4的數(shù)據(jù)，t1和t1’則并不是同一時刻，這是值得注意的，這也是相當(dāng)重要的。一個振蕩周期大概為40μs，如圖4中所示， t1’要比t1滯后2個μs，這個滯后是允許的，但是這個時間不能太長。說明在反饋電壓V2還沒有降到0的時候，已經(jīng)又有信號驅(qū)動IGBT，使其導(dǎo)通。首先這個時間是允許的，因?yàn)镮GBT有一個柵極電壓VGE，這個電壓的具體值根據(jù)不同的器件而定的，大概為2V～5V，說明在t1’時刻IGBT不一定已經(jīng)導(dǎo)通了。其次，這個時間不易過長，如果過長了，則會出現(xiàn)反饋電壓V2還沒有降到0，就再次驅(qū)動IGBT了，這個時候IGBT的集電極還有很高的電壓，這樣一來，IGBT很可能受到損壞。在實(shí)際的電路中，可以通過調(diào)節(jié)V1與V2的電壓來控制t1與t1’之間的時間間隔，其中V1是一個參考電壓，也就是一個基準(zhǔn)電壓，V2是反饋電壓，通過使用比較器起到同步的作用。

　　圖4 把驅(qū)動電壓與反饋電壓合成的效果圖

　　結(jié)語

　　該IGBT的驅(qū)動電路具有廉價、簡單、可靠實(shí)用的特點(diǎn)。沒有采用以往的正負(fù)電源供電的復(fù)雜電源，而是采用的+15V與0V的驅(qū)動方案，為設(shè)計(jì)帶來了方便。

　　在保護(hù)電路中使用了延時緩降柵極電壓的過流保護(hù)措施，結(jié)合電磁產(chǎn)品中的驅(qū)動要求，這種保護(hù)措施是行之有效的。同時還考慮到了柵極驅(qū)動電壓的過壓保護(hù)和集電極電壓變化過快的保護(hù)措施。