图
3-3电容滤波的三相不可控整流电路
Fig.3-3Three phase rectifier circuit with capacitance filter
电压型全桥逆变电路的原理图如图3-3所示，它是由四个IGBT组成逆变桥的 两个桥臂，可以看成由两个半桥逆变电路结合组成。把四个IGBT中的QI、Q4作 为一对，Q2、Q3作为另一对桥臂，同一桥臂的两个IGBT同时导通，两对交替各导 通180度。如果直流侧直流电压为的矩形波，则全桥逆变电路输出交流电压展 开成傅里叶技术形式为：
41/ 1 1
Uo=——-(sin
効 +—sin
3a)t + - sin
5a)t + )
勿 3 5
其中基波的幅值Um和基波的有效值分别为：
皿3=皿 4=巫丝=0.9 S
3.1.2.1逆变电路功率元件的选择
IGBT 是 Insulated Gate Bipolar Transistor (绝缘栅双极型晶体管)的缩写，IGBT 可以看做由MOSFET和双极型晶体管复合而成的一种器件，其输入极为MOSFET, 输出极为PNP晶体管，它融和了这两种器件的优点，既具有MOSFET器件驱动功 率小和开关速度快的优点，又具有双极型器件饱和压降低而容量大的优点，其频率 特性介于MOSFET与功率晶体管之间，可正常工作于几十kHz频率范围内，在现 代电力电子技术中得到了越来越广泛的应用，在较高频率的大、中功率应用中占据 了主导地位，因此本系统釆用IGBT作为功率开关器件。IGBT的选择可以从器件的 电压等级和电流等级、开关时间等方面加以考虑。在本文的系统中母线最高直流输 入电压为800V,则每个IGBT所承受的最高电压也为800V,考虑系统前级为不可 控整流电路，所以逆变电路的输入电压具有一定得冲击性，要为电压尖峰影响留有 一定裕量，这里可以选择电压等级为1200V的IGBT,安全裕度适当，确保逆变电 路能够安全运行。器件的电流等级则要根据它所通过的最大峰值电流来确定。当系 统输出功率2.2KVA时，逆变桥中每个桥臂的IGBT中流过的电流峰值为：
/ 顼。=72^ = V2x —= 14,14J.考虑到电流纹波以及反并联二极管反向恢
如
0 Uo 220
复尖峰电流，安全裕度去2,因此器件的电流应为30A.
本设计中，根据电压等级和电流等级的要求，选择德国英飞凌公司的IGBT, 型号为IHW30N120R2,自带续流二极管，耐压为1200V,最大平均电流为30A, 此外这款IGBT的开通和关断分别为300ns和800ns,本设计逆变电路载波频率为 12.5KHZ,所以开关时间满足设计要求网。
3.1.2. 2吸收电路的设计
前面说过，IGBT具有开关速度快、饱和压降低而容量大的优点，但也毕竟是 有限的，在开通时能承受的di/dt和关断时能承受的du/dt都比较大，因此有时也需 要对其进行限制。首先分析一下IGBT产生过电压的原因：
(1) 关断过电压
IGBT的开关速度很高，开关时会产生很大的di/dt,从而在模块周边的分布电 感L上会产生很高的
Lx(di/dt)(关断浪涌电压)，如果对其不加限制，则可会造成 IGBT的过压击穿。
（2）换相过电压
续流二极管反向恢复时也会产生过电压（浪涌电压）•当IGBT导通时，续流二极 管的电流迅速减小到0而趋向关断，其反向恢复过程使这个电流继续减小到负的最 大值，在这个电流再次快速恢复到0的过程中，会产生可观的di/dt,进而会在母线 寄生电感上感应出
Vs =LBx（di/dt）的电压阻止该电流的减小，这个电压F,和直流电 压叠加起来，对IGBT的耐压能力形成威胁。本文所选用的吸收电路为放电阻止型 吸收电路，如图3-3所示。其吸收电路的工作原理如下㈣口缶
首先，假设QI、Q4先导通，则吸收电路中C2、C5上电压为逆变器输入端电 压方向为上正下负，QI、Q4导通时管压降近似为零。Q2、Q3上电压为逆变 器输入端电压U"方向为上正下负。
当Qk Q4关断时，由于直流母线分布电感的存在，使IGBT在关断的过程中 产生很大的尖峰电压，当QI、Q4上的电压超过直流母线电压S时，尖峰电压会分 别通过C2、R3和C5、R2放电，尖峰电压全部耗在电阻上，待吸收电路放电结束 后，QI、Q4完全关断，此时Q2、Q3还没开通，QI、Q2、Q3、Q4上电压
为UJ2, C2、C3、C4、C5上电压为S，方向为上正下负。此时如果Q2、Q3仍然没有导通, 则电流会经Q2和Q3集电极与发射极之间并联的二极管续流，此时QI、Q4上的电 压
为而Q2、Q3上的电压为零。C2、C3、C4、C5上电压
为U,方向为上正 下负。二极管续流直到电流减小为零，然后开通Q2、Q3,在此过程中吸收电路中 各处电压不变。
上述详细的分析了吸收电路的工作过程，在吸收尖峰电压的过程中，C2、C3、 C4、C5上的电压大小始等于逆变器输入端电压直流母线电压Uj, IGBT上的电压 也不会超过Uj,因此吸收电路能良好的抑制关断浪涌电压。此吸收电路
在吸收电阻上产生的损耗可用下式表示：
P = ^Y~ （39）
式中，
L—直流母线的分布电感；
I-一IGBT关断时集电极电流（可通过査找datasheet得到）；
f—IGBT的开关频率；
假设在吸收电路中没有接入吸收电阻Rl、R2、R3、R4,则吸收电路中电容电 压会上升，设为电容电压上升的最大值，接入吸收电阻后，可以使超过母线电压 U,部分的尖峰电压产生的能量将全部损耗在电阻上，根据能量守恒定律，结合(3.9) 式有：
心业* (3.10)
2 2 '丿
这里取L=luH, IGBT的关断集电极电流通过查找IHW30N120R2的datasheet 可知，为15A,母线电压0最大值为800V, —般“为直流母线电压的1.2倍，这 里取1000V,应用式(3.10)可得电容C2~C5大小为125nF,取100nF的高频 无感电容作为吸收电路电容。吸收电阻值可按下式计算：
(3.11)
本设计中IGBTT作频率取12.5kHz,计算可得R<133.3C,实际上为了保证电 容的放电速度，实际取50Q/2W的无感电阻作为吸收电阻。二极管D7、D8、D9、
D10需选用耐压1200V的快恢复二极管作为吸收电路的二极管。
