igbt全橋驅(qū)動(dòng)電路原理及應(yīng)用 igbt全橋電路設(shè)計(jì)的三個(gè)要點(diǎn)

IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）全橋驅(qū)動(dòng)電路是一種常見的功率電子驅(qū)動(dòng)方案，用于控制IGBT模塊在高壓、大電流應(yīng)用中的開關(guān)操作。本文將詳細(xì)介紹IGBT全橋驅(qū)動(dòng)電路的工作原理及應(yīng)用。

一、工作原理：

IGBT全橋驅(qū)動(dòng)電路的主要目標(biāo)是提供適當(dāng)?shù)碾妷汉碗娏餍盘?hào)來控制IGBT模塊的開關(guān)狀態(tài)。其工作原理基于通過驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制IGBT的柵極電位，進(jìn)而控制IGBT的導(dǎo)通和截止。通過合理控制柵極電位，可以使IGBT快速切換，實(shí)現(xiàn)有效的功率轉(zhuǎn)換。

二、應(yīng)用領(lǐng)域：

1.變頻驅(qū)動(dòng)應(yīng)用：

IGBT全橋驅(qū)動(dòng)電路在變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中起著關(guān)鍵作用。例如，在交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)中，通過對(duì)IGBT全橋驅(qū)動(dòng)電路精確控制，可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)速度和轉(zhuǎn)矩的調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)高效能量轉(zhuǎn)換和精確運(yùn)行控制。這在工業(yè)領(lǐng)域的無刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)、軌道交通以及船舶等領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用。

2.逆變器應(yīng)用：

逆變器用于將直流電源轉(zhuǎn)換為交流電源，IGBT全橋驅(qū)動(dòng)電路在逆變器中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。逆變器廣泛應(yīng)用于新能源發(fā)電、太陽能和風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中。通過精確控制IGBT全橋驅(qū)動(dòng)電路，可以實(shí)現(xiàn)高效的電能轉(zhuǎn)換，并保證輸出波形的質(zhì)量和穩(wěn)定性。

3.電動(dòng)汽車應(yīng)用：

IGBT全橋驅(qū)動(dòng)電路在電動(dòng)汽車領(lǐng)域是不可或缺的。電動(dòng)汽車使用高壓直流電池供電，通過IGBT全橋驅(qū)動(dòng)電路將直流電轉(zhuǎn)換為交流電，驅(qū)動(dòng)電機(jī)實(shí)現(xiàn)車輛運(yùn)動(dòng)。IGBT全橋驅(qū)動(dòng)電路可確保高效的能量轉(zhuǎn)換和精確的電機(jī)控制，提高電動(dòng)汽車的性能和續(xù)航里程。

4.可再生能源應(yīng)用：

在可再生能源領(lǐng)域，如光伏逆變器和風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，IGBT全橋驅(qū)動(dòng)電路起著關(guān)鍵作用。透過對(duì)光伏電池和風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出進(jìn)行精確控制，可以使得電能以高效率注入電網(wǎng)。IGBT全橋驅(qū)動(dòng)電路的快速開關(guān)特性與高頻調(diào)制技術(shù)相結(jié)合，使得光伏和風(fēng)力能源得到最大程度的利用。

設(shè)計(jì)全橋電路的三個(gè)要點(diǎn):

1.MOS/IGBT的柵極引腳部分的電路:

簡單來說就是驅(qū)動(dòng)全橋電路就早驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)MOS/IGBT的柵極，但是驅(qū)動(dòng)信號(hào)直接送到機(jī)極上是不可以的，因?yàn)镸OS/IGBT柵極結(jié)構(gòu)原因，存在電容，如果驅(qū)動(dòng)信號(hào)不輔助柵極部分的硬件電路會(huì)使MOS/IGBT一直導(dǎo)通，造成全橋電路中的四個(gè)管全部導(dǎo)通，結(jié)果可想而知。解決方案比如下圖所示:

2.MOS/IGBT的保護(hù)電路:

MOS/IGBT管具有較脆弱的承受短時(shí)過載能力，所以在應(yīng)用時(shí)必須為其設(shè)計(jì)合理的保護(hù)電路來提高器件的可靠性。常見的保護(hù)電路有很多種，比如RC保護(hù)電路或者RCD保護(hù)電路。本次設(shè)計(jì)采用的是RCD 緩沖吸收電路和MOS管構(gòu)成全橋逆變電路，將直流高壓電轉(zhuǎn)換為交流激勵(lì)信號(hào)。

3.全橋電路的器件選型問題:

全橋電路中每一個(gè)器件的選型都尤為重要，可能哪一個(gè)器件的承受值不滿足可能會(huì)造成整個(gè)全橋電路癱瘓。比如MOS管的選型，在計(jì)算最大工作頻率時(shí)要關(guān)注MOS管的上升和下降時(shí)間，以及保護(hù)電路的器件特性等。

本次設(shè)計(jì)的全橋逆變電路(IRFP460MOS管、水泥電阻、聚酯膜電容以及快恢復(fù)二極管等)，其中最高工作頻率以及耐壓耐流主要看所選擇的器件(IGBT工作頻率會(huì)低一些，但是耐壓耐流值高)。

下圖是全橋逆變電路的輸出波形:

下圖是本次設(shè)計(jì)中采樣電阻采到的波形(可以看出峰峰值電流達(dá)到100A)。