變頻器逆變電路關鍵元件IGBT詳解

    要說變頻器逆變電路，就得先講逆變的關鍵元件：IGBT，是“InsulatedGateBipolarTransistor”，字面翻譯：絕緣柵雙極型晶體管。

    這是實用的IGBT的符號。它有三個極，柵極(G),集電極(C),發射極(E)

    基本功能：

    如果柵極上的電壓低于一個值，它的CE之間是不會導通的。不同廠家的產品，電壓值不一樣，基本上小于1V。

    如果我們在柵極上加一個電壓，此電壓叫“驅動電壓”，比如5V，CE之間就會由C向E導通，即C的電壓一定要比E電壓高。如果E的電壓比C電壓高，則也不會導通。

    不同的廠家，為了不同的應用場合，外觀相差很大。下圖是我們廠用的一款世界名廠的實物照片，布局圖，原理圖。

“IGBT模塊”實物照片

“IGBT模塊”的實物布局圖

“IGBT模塊”的原理圖

    經圈中，是二極管，這個二極管有一個專用名詞：續流二極管，符號FWD。

    邊上的5-6之間的NTC,這是一個負溫度系數的電阻，阻值隨著溫度的上升而下降。用來測量IGBT上的溫度。

    打開IGBT封裝，可以看到里面的情況,這些元件被一層透明的“果凍”樣的硅膠蓋住。

    紅框中，是IGBT位置，中間紅圈中那個黑圈內的點是柵極，正面E極(發射極),背面C極(集電極)

    IGBT右邊的就是“續流二極管”。我們看到的這面是它的陽極，底面是陰極。

    以單相交流輸出為例說明它的工作原理。如下原理圖。

    打開1和4，R上的電流方向就向下。打開3和2，R上的電流就方向就向上。“1/4”和“2/3”只要它們輪流且不同時打開，R上的電流如會出現交替變換。

    這樣就實現了電流方向的變換。純屬電阻載R上的電流/電壓的方向變換就如下圖所示。

    如果1和2同時打開，就相當于供電電源的正負極短路，這樣IGBT就會發生燒毀。這個種情況是控制電路中要避免的。

    對于三相電機，三相變頻器的原理與上面的相同，但操作算法比較復雜。

    下面是三相的變頻器各路開關的開關順序。雖然復雜，但還是很有規律，電子技術的發展，硬件有了，電路設計的牛人還是有辦法來做這控制電路的。

    有了將電壓變成交流電的方法，下面就是想辦法把半個周期內的方波電壓變成“正弦”電壓。

    實際變頻器輸出的電壓波形，用示波器抓到的形狀如下，這個照片只顯示了電機的二相。這個與我們平時認識的正弦波區別很大

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