H型雙極模式PWM控制的功率轉換電路設計與分析

SKHI22AH4的主要電路保護功能設計：

　　1)短路保護功能

　　在C極和E極間容易出現短路的現象。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)，嚴重時會造成IGBT的損壞。因此，需要對IGBT進行短路保護。如圖2所示，通過對C極和E極的電壓的比較，就實現了對C極和E極間的短路保護。實現短路保護，就要合理確定Rce和Cce的值。具體步驟如下：

　　①確定Vces的值。Vces既不能過大也不能過小，過大會增加IGBT動態功率損耗，過小會減弱短路保護能力，一般取5.6V。為了減小IGBT的動態功率損耗，可以適當減小，但不能小于3.5V。這里取Vces=4V。

　　②確定Rce。由公式(1)求得Rce=13Ω。

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

　　2)互鎖保護功能

　　SKHI22AH4模塊具有互鎖功能，以防止H橋同側臂的2個IGBT同時導通。互鎖功能就是：在H橋同側臂的2個IGBT中，一個IGBT關閉后要有一段延時，另一個IGBT才能開通。互鎖的鎖定時間ttd=2.7+0.13Rtd(Rtd為互鎖電阻)，2.7μs是由于SKHI22AH4模塊中已經集成了一個互鎖電阻產生。取Rtd=08，則ttd=2.7μs。

　　3)錯誤監測

　　SKHI22AH4模塊具有錯誤監測功能，它可以對短路、過流、電壓不穩等錯誤進行監測。當錯誤發生時，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。

　　按照上述驅動電路設計，可得SKHI22AH4模塊的驅動波形，如圖3所示。

　　圖3SKHI22AH4模塊輸入輸出的波形圖

　　H型雙極模式PWM控制的功率轉換電路

　　經過上述設計，得H型雙極模式PWM控制的功率轉換電路原理圖，如圖4所示。經實驗測試得，圖4所對應的功率轉換電路中IGBT的ton=1.8Ls、toff=1.4Ls，則IGBT的開關時間為3.2Ls。

　　圖4H型雙極模式PWM控制的功率轉換電路原理圖

　　實驗

　　設計完H型雙極模式PWM控制的功率轉換電路后，還要確定合理的PWM開關頻率，才能進一步減小功率損耗、實現H型雙極模式PWM控制在大功率伺服系統中的應用。

　　PWM開關頻率的計算

　　合理的開關頻率不但可以進一步減小功率損耗、提高效率，而且還可以使系統性能與連續系統的性能相差無幾。綜合來看，開關頻率的確定，受到很多相互矛盾的因素決定：

　　①為了改善靜摩擦對伺服系統低速性能的影響、使得電動機在零位處于動力潤滑狀態，因 此雙極模式PWM控制工作時考慮微振特性的開關頻率應滿足公式(4);