内容发布更新时间 : 2024/10/14 16:24:52星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

成为IGBT 总电流的主要部分。此时，通态电压Uds(on) 可用下式表示

Uds(on) ＝ Uj1 ＋ Udr ＋ IdRoh

式中Uj1 —— JI 结的正向电压，其值为0.7 ～1V ；Udr ——扩展电阻Rdr 上的压降；Roh ——沟道电阻。 通态电流Ids 可用下式表示： Ids=(1+Bpnp)Imos

式中Imos ——流过MOSFET 的电流。

由于N+ 区存在电导调制效应，所以IGBT 的通态压降降低， 通态压降为2 ～ 3V 。IGBT 处于断态时，只有很小的泄漏电流存在。

2 ．动态特性

IGBT 在开通过程中，大部分时间是作为MOSFET 来运行的，只是在漏源电压Uds 下降过程后期， PNP 晶体管由放大区至饱和，又增加了一段延迟时间。td(on) 为开通延迟时间， tri 为电流上升时间。实际应用中常给出的漏极电流开通时间ton 即为td (on) tri 之和。漏源电压的下降时间由tfe1 和tfe2 组成。 IGBT的触发和关断要求给其栅极和基极之间加上正向电压和负向电压，栅极电压可由不同的驱动电路产生。当选择这些驱动电路时，必须基于以下的参数来进行：器件关断偏置的要求、栅极电荷的要求、耐固性要求和电源的情况。因为IGBT栅极- 发射极阻抗大，故可使用MOSFET驱动技术进行触发，不过由于I

GBT的输入电容较MOSFET为大，故IGBT的关断偏压应该比许多MOSFET驱动电路提供的偏压更高。

IGBT在关断过程中，漏极电流的波形变为两段。因为MOSFET关断后，PNP晶体管的存储电荷难以迅速消除，造成漏极电流较长的尾部时间，td(off)为关断延迟时间，trv为电压Uds(f)的上升时间。实际应用中常常给出的漏极电流的下降时间Tf由图中的t(f1)和t(f2)两段组成，而漏极电流的关断时间 t(off)=td(off)+trv十t(f)

式中，td(off)与trv之和又称为存储时间。

IGBT的开关速度低于MOSFET，但明显高于GTR。IGBT在关断时不需要负栅压来减少关断时间，但关断时间随栅极和发射极并联电阻的增加而增加。IGBT的开启电压约3～4V，和MOSFET相当。IGBT导通时的饱和压降比MOSFET低而和GTR接近，饱和压降随栅极电压的增加而降低。

所以IGBT模块的集电极电流增大时，vce(-)上升，所产生的额定损耗亦变大。开关损耗增大，原件发热加剧。根据额定损耗，开关损耗所产生的热量，控制器件结温（tj）在 150oc以下（通常为安全起见，以125oc以下为宜），使用的集电流以下为宜。特别是用作高频开关时，开关损耗增大，发热也加剧。要将集电极电流的最大值控制在直流额定电流以下使用。

由此我们选取Vces?1200V，而电流则为Ie?100A留有很大的余量，因此可不加缓冲器，使回路设计简单，功耗小。着重要提的是由于此

电源功率较大而体积要求小，传统型的IGBT开关导通压降大，发热量高，长时间工作会由于温升太高而不可逆的损坏。由此我们选择了IGBT第五代已成熟产品，它的导通压降小，发热量小，导通压降仅有1.6 ～1.8V。经测试IGBT温度达到合适范围。 3 对高压变压器的设计

设计高频高压变压器首先应该从磁芯开始。开关电源变压器磁芯多是在低磁场下使用的软磁材料，它有较高磁导率，低的矫顽力，高的电阻率。磁导率高，在一定线圈匝数时，通过不大的激磁电流就能承受较高的外加电压，因此，在输出一定功率要求下，可减轻磁芯体积。磁芯矫顽力低，磁滞面积小，则铁耗也少。高的电阻率，则涡流小，铁耗小。由此我们选择超微晶铁芯（FeCuNbSiB）具有高饱和磁感应强度、高导磁率、低矫顽力、低损耗及良好的稳定性。它的物理性能：

饱和磁感应强度Bs：1.25T 居里温度Tc：560oC 晶化温度Tx：510oC 硬度Hv：880kg／mm2 饱和磁致伸缩系数：2×10-6 密度d：7.2g／cm3 电阻率：130muOhm.cm

它的典型磁性能：（无磁场退火） 初始导磁率（Gs／Oe）：＞8×104

最大导磁率（Gs／Oe）：＞45×104 剩余磁感应强度（Bs）：0.6T 矫顽力：＜0.8A／m

铁损P（20kHz，0.5T）：＜25W／kg 铁损P（100kHz，0.3T）：＜150 W／kg 铁损变化率（-55～125oC）：＜15％

由以上考虑制作时绕制成C型铁心，次级高压线包每边各分两段这样设计的高压变压器漏感小，温升小，不需要用油箱散热固态即可

二、充电储能及放电部分的设计

1、 充电储能部分控制主要包括IGBT及其控制电路和储能电容（如图1-5）。因为要求放电频率0.1-100HZ可调这就要求该开关要可靠，性能稳定可控性高。所以选择IGBT作为充电开关。由于电压高达3KV，加上开关尖刺峰值，我们选择耐压在1200V的IGBT。四个管子串联。C1、R1，组成阻容吸收电路。C2为储能电容，L是刺激线圈的电感量，R2是放电回路的总电阻值。

2、控制放电的可控硅选择双向可控硅（如图1-5中的 Q5），这样可控硅在交变负载时，由于储存在电容器中的过剩的无功功率能够自动返回，可以避免危险的过电压。可控硅的选择除了耐压之外，还应考虑开关延迟时间、di/dt及Its峰值电流。脉冲电流的形态决定了空间磁场的强度与波形。进而决定磁刺激感生电流的强度与波形，放电回路的电路方程为：

idi1Ld?R?i?0 。 dtdtc2Q5Q1C1 高压电源Q2Q3R1Q4R2C2L图1-53、充放电部分驱动电路 本系统中的IGBT驱动电路主要由专用模块来实现。这里采用EXB841,它是高速系列的IGBT集成驱动电路，工作频率可达40Kz［4］。其内装隔离高电压的光电耦合器，隔离电压可达2500VA。具有过流保护和低速过流切断电路，保护信号可输出供控制电路用。单电源供电，内部电路可将+20V的单电源转换为+15V的开栅压和-5V的关栅压。可控硅的驱动采用隔离驱动变压器.由于单片机有限的驱动能力，控制信号从单片机出来后经过功率放大后以驱动IGBT及可控硅。如图1-6和1-7。 15VR1N1来自单片机N2R2C1去EXB841的15脚去EXB841的14脚如图1-6