變頻器逆變電路關(guān)鍵元件IGBT詳解

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

    這是實(shí)用的IGBT的符號(hào)。它有三個(gè)極，柵極(G),集電極(C),發(fā)射極(E)

    基本功能：

    如果柵極上的電壓低于一個(gè)值，它的CE之間是不會(huì)導(dǎo)通的。不同廠家的產(chǎn)品，電壓值不一樣，基本上小于1V。

    如果我們?cè)跂艠O上加一個(gè)電壓，此電壓叫“驅(qū)動(dòng)電壓”，比如5V，CE之間就會(huì)由C向E導(dǎo)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(huì)導(dǎo)通。

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

“IGBT模塊”實(shí)物照片

“IGBT模塊”的實(shí)物布局圖

“IGBT模塊”的原理圖

    經(jīng)圈中，是二極管，這個(gè)二極管有一個(gè)專用名詞：續(xù)流二極管，符號(hào)FWD。

    邊上的5-6之間的NTC,這是一個(gè)負(fù)溫度系數(shù)的電阻，阻值隨著溫度的上升而下降。用來(lái)測(cè)量IGBT上的溫度。

    打開(kāi)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(gè)黑圈內(nèi)的點(diǎn)是柵極，正面E極(發(fā)射極),背面C極(集電極)

    IGBT右邊的就是“續(xù)流二極管”。我們看到的這面是它的陽(yáng)極，底面是陰極。

    以單相交流輸出為例說(shuō)明它的工作原理。如下原理圖。

    打開(kāi)1和4，R上的電流方向就向下。打開(kāi)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(shí)打開(kāi)，R上的電流如會(huì)出現(xiàn)交替變換。

    這樣就實(shí)現(xiàn)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(shí)打開(kāi)，就相當(dāng)于供電電源的正負(fù)極短路，這樣IGBT就會(huì)發(fā)生燒毀。這個(gè)種情況是控制電路中要避免的。

    對(duì)于三相電機(jī)，三相變頻器的原理與上面的相同，但操作算法比較復(fù)雜。

    下面是三相的變頻器各路開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)順序。雖然復(fù)雜，但還是很有規(guī)律，電子技術(shù)的發(fā)展，硬件有了，電路設(shè)計(jì)的牛人還是有辦法來(lái)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(gè)周期內(nèi)的方波電壓變成“正弦”電壓。

    實(shí)際變頻器輸出的電壓波形，用示波器抓到的形狀如下，這個(gè)照片只顯示了電機(jī)的二相。這個(gè)與我們平時(shí)認(rèn)識(shí)的正弦波區(qū)別很大

相關(guān)鏈接：一文看懂電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分核心元件IGBT基本原理
          一文解析變頻器IGBT模塊的靜態(tài)測(cè)量