串聯諧振逆變實驗與波形分析

IGBT 的關斷與接通都存在一些的問題

關斷的問題:1.關斷損耗 2.關斷過電壓 3.關斷過程中微分熱阻帶來的局部熱擊穿

接通的問題:1.并聯ZVS電容下接入的時機 2.共態導通問題 3.反向恢復的問題

借助串聯諧振回路,使得 IGBT 的工作條件大為改善:

1. 串聯全諧振變換器曾經是上世紀60-70年代最流行的變換器,只要給出合適的死區時間,即可實現很好的軟開關變換. 現代的數控技術給這一經典的變換電路增添了不少活力,在控制方面解決了很多以前難以克服的困難,工程上應用它的關鍵技術問題有三個:

. ZCS 頻率追蹤控制(隨負載、電源漂移而調整工作頻率,讓換相始終處于接近零電流下的弱感性)

. ZVS 死區追蹤控制(因負載電流不同而調整死區,實現零電壓接通,接近零電壓關斷)

. ZCS_ZVS 交替追蹤控制(既實現頻率追蹤又實現動態死區,具有良好的開關過度與調功特性)

2. 關斷過壓問題; 既使ZVS電容較大(103),當分布電感較大時在荷載下關斷,仍然會在開關上激起高于電源幾百伏的浪涌電壓,震蕩頻率大約能達到幾兆,震蕩衰減很快,但強烈的震蕩也給開關帶來了顯著的額外損耗,改善的關鍵措施在于降低分布電感、放置較大的浪涌電流吸收電容(105-106);

荷載下關斷過壓 1 (ZVSC=103)

荷載下關斷過壓 2 (ZVSC=103)

3. ZVS 初步設定; 假設 IGBT 下降時間為 180nS ,那么荷載下的過渡時間應設為多少?比如過渡時間設定為 1 - 1.5uS ,當然關斷損耗比較小,但是這樣的話,在空載下不能實現軟過渡,看到了嚴重的硬開通;

空載下嚴重的硬開通,散熱器很快就燙手了 (ZVSC=104)

荷載下的良好過渡 (ZVSC=104)

荷載下的艱難過渡 1 (由于過度太快,關斷損耗大 ZVSC=223)

荷載下的艱難過渡 2 (由于過度太快,關斷損耗大 ZVSC=223)

4. ZVS 關斷損耗問題 在最壞情況下,初級電流波形是鋸齒波,關斷完全發生在最高的峰值處,IGBT的關斷損耗可能達到整個開關損耗的90%以上;如果沒有 ZVS 過程,那么IGBT甚至沒有VMOS的輸出平均功率大!然而我最近不僅學會了使用ZVS過程,而且把它繼續推進到了幾乎讓人難以置信的程度-------我將CBB474直接并聯到IGBT上進行緩沖;

荷載關斷過程 (△V 只有 30V 小浪涌電壓 ZVSC=474)