基于PWM技术的高压变频电源脉冲生成电路

    变频电源的主电路采用交-直-交电压型，由大功率全控型电力电子器件绝缘门极双极性晶体管(IGBT)构成桥式逆变电路。控制电路采用脉宽调制(PWM)技术和单片微机(80196KB)控制技术。80196KB的HSO（高速输出口）产生一频率、脉宽均可调的PWM脉冲，即可有效控制逆变器输出交流电压的频率和有效值。

    该电路由绝缘栅极双极性晶体管(IGBT)实现。其原理图如图4-5所示。主要原理如下：IGBT为全可控型晶体管，既可控制其导通又可控制其关断，就相当于一个可控的开关，由控制回路发出一个脉宽和频率均可调的脉冲即可使其按要求导通或关断，从而使得直流电压被斩波而生成脉冲序列。

    图4-5    脉冲生成电路示意图

    由于IGBT集功率GTR和MOSFET的优点为一体，为压控器件，门极输入阻抗高，所需驱动功率小，较GTO及大功率晶体管的门极驱动容易。故可用电压信号直接驱动控制，并具有输入阻抗高、开关速度快、损耗小、极限工作温度高、电流容量大、耐压等级高、工作稳定性强、噪声低等特点，正日益广泛应用于变频电源、斩波器及交、直流调速系统中。

   IGBT的驱动电路如图4-6所示，采用了EXB841专用集成电路，它的最高运行频率为40 kHz。输入信号经内部光电隔离，经光电隔离的驱动电流，最大延迟时间为1μs。驱动电路外加+20 V单电源供电，由内部电阻和稳压管分压为+15 V和-5 V，分别作为正、负栅极电源。根据IGBT管压降随漏极电流增加而增加的特性，EXB841的内部采用漏极电压识别法进行过流保护。为防止栅极积累电荷，接一放电电阻Rs，阻值取4.7 kΩ，同时并接两个反向串联稳压管VDZ1、VDZ2，以防止栅源间的电压尖峰电压损坏IGBT管。

    图4-6    IGBT驱动电路

    门极电阻RG的大小对IGBT管的通态电压、开关时间、开关损耗、承受短路能力等有不同影响。当门极电阻RG增大时，IGBT的开通和关断时间增加，从而使开通和关断损耗增加。当门极电阻RG减小时，IGBT的电流上升率di/dt增加，从而引起IGBT的误导通。RG的选用原则是：在开通损耗不太大的情况下，选用较大的门极电阻。一般来说，RG可按照下列公式来计算

   RG=5×625/Ic

式中  Ic-IGBT集电极电流，本例中Ic=60A，所以取RG= 50Ω。

    在EXB841的输入端内部，对由PWM控制电路生成的PWM数字信号，进行光电隔离，可有效地将EXB841的输出端与输入端进行隔离，提高整体抗干扰能力。