一文詳解IGBT半橋逆變電路

IGBT半橋逆變電路分析

圖1是半橋式逆變電路的原理圖，它是在全橋式逆變電路的基礎(chǔ)上用電容C1、C2代替了Q3、Q4兩個(gè)IGBT管，而且一般C1=C2，當(dāng)IGBT管未受觸發(fā)信號(hào)作用時(shí)，VC1=VC2=E/2，當(dāng)Q1管導(dǎo)通時(shí)，電容C1沿Q2管向變壓器初級(jí)繞組N1放電，同時(shí)C2通過Q1、N1繞組被電源Ei充電，使VA下降。當(dāng)Q1截止后Q2被觸發(fā)導(dǎo)通時(shí)，C2放電，C1充電，VA上升，其上升的電壓值和前次下降的電壓值是相等的。

功率管截止時(shí)承受的電壓及D1、D2管的作用于全橋式完全相同，只是節(jié)省了兩只功率管，驅(qū)動(dòng)電路也較簡(jiǎn)單，尤其是它具有較好的抗不平衡能力。這些優(yōu)點(diǎn)使得半橋式逆變電路應(yīng)用較為廣泛，它的缺點(diǎn)是變壓器初級(jí)繞組所得的電壓總是一個(gè)電容（C1或C2）上的電壓，近于電源電壓E1的一半，為了獲得與全橋式電路同樣的輸出功率，功率管和變壓器初級(jí)必須通過全橋式電路兩倍的電流，所以半橋式電路的輸出功率不宜太大。

圖1 全橋逆變與半橋逆變電路

半橋式逆變電路的拓樸結(jié)構(gòu)如圖2 所示，兩只串聯(lián)電容的中點(diǎn)作為參考點(diǎn)，

圖2 半橋電路拓樸結(jié)構(gòu)

當(dāng)IGBT元件VT1 導(dǎo)通時(shí)，電容C1 上的能量釋放到負(fù)載RL 上，而當(dāng)VT2導(dǎo)通時(shí)，電容C2 上的能量釋放到負(fù)載RL 上，VT1 和VT2 輪流導(dǎo)通時(shí)在負(fù)載兩端獲得了交流電能，半橋逆變電路在功率開關(guān)元件不導(dǎo)通時(shí)承受直流電源電壓Ud，由于電容C1 和C2 兩端的電壓均為Ud/2（假設(shè)C1=C2），因此功率元件VT1 和VT2 承受的電流為2Id。實(shí)質(zhì)上單相半橋電路和前一節(jié)討論的單相推挽電路在電路結(jié)構(gòu)上是對(duì)偶的，讀者可自行分析半橋電路的工作過程。

半橋型逆變電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，由于兩只串聯(lián)電容的作用，不會(huì)產(chǎn)生磁偏或直流分量，非常適合后級(jí)帶動(dòng)變壓器負(fù)載，當(dāng)該電路工作在工頻（50 或者60HZ）時(shí)，電容必須選取較大的容量，使電路的成本上升，因此該電路主要用于高頻逆變場(chǎng)合 半橋式逆變器： 圖3（a）所示為半橋式逆變器的主電路，它由兩個(gè)容值相等的電容C1和C2構(gòu)成。



一個(gè)橋臂，開關(guān)管V1和V2及反并聯(lián)二極管D1和D2構(gòu)成另一個(gè)橋臂，兩個(gè)橋臂的中點(diǎn)A和B為輸出端，可以通過變壓器Tr變壓輸出，也可以由這兩端直接等壓輸出。因?yàn)殡娙軨1＝C2，容量較大，故其電壓UC1=UC2=1/2Ui，ui是比較穩(wěn)定的，中點(diǎn)B的電位基本不變。UB＝1/2Ui，而A點(diǎn)的電位則取決于開關(guān)管V1和V2的工作情況。

當(dāng)開關(guān)管V1導(dǎo)通時(shí)，則UAB＝1/2ui。當(dāng)開關(guān)管碭導(dǎo)通時(shí)，則UAB＝-1/2Ui。所以變壓器次級(jí)的空載電壓仍。為一個(gè)脈寬小于或等于180°電角的交流方波電壓，其脈寬等于TOn，TOn為開關(guān)管V1，或V2的導(dǎo)通時(shí)間。U。的幅值頻率等于逆變器的開關(guān)頻率，即TS為逆變器的開關(guān)頻率。

如果輸出端接的是電阻負(fù)載RI－d，則負(fù)載電流的波形和輸出電壓U。的波形相同，其幅值IPd=Uo/RLd如圖3（b）所示。如果輸出端接的是電感負(fù)載L，則電感L的電流iL為三角波。在開關(guān)管v1，或V2導(dǎo)通期間，在電壓U。的作用下，電流iL線性增加，其最大值：

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審核編輯：劉清