IGBT串联谐振
脉冲电源中IGBT_模块功耗及内部瞬时结温升研究
脉冲宽度、输出电压、输出电流、峰值功率以及脉冲重复频率是脉冲电源常用的几个重要技术指标，不同的应用场合对技术指标的要求不同。
脉冲电源在电除尘领域应用已有很长的历史。
在国外，丹麦FLSmidth 公司长期以来都将脉冲电源应用在电除尘领域。
在国内，随着超低排放标准实施，脉冲电源凭借其突出的节能提效优势在电除尘领域迅速推广，从2014年开始，该文提到的脉冲电源在国内应用已超过1 000台，广泛应用于电力、冶金以及建材等工业领域[1]。
开关器件是脉冲电源的核心器件，同时也是制约脉冲电源性能提高的瓶颈。
除尘用脉冲电源为了满足工业现场自动控制的需求，通常采用晶闸管或IGBT 等可控半导体器件作为开关。
在脉冲产生的过程中，开关器件在短时间内需要承受极大的电流；而在脉冲电源工作的间隙时间内，即2个脉冲之间，开关器件处于关断状态。
而通常脉冲电源的占空比较低，要在开关电源通流能力的可靠性与经济性之间取得平衡，就需要准确计算开关器件的发热情况，即功耗计算和热阻计算，这样既可以保证芯片结温不超过规格书规定的上限，也可以合理对器件载流能力进行选型，避免成本增加。
1 IGBT 模块功耗计算如果需要计算开关器件在单次脉冲输出过程中的功耗，就需要确定开关器件的电流以及其开通时间。
1.1 电路拓扑及峰值电流计算除尘用脉冲电源主回路原理如图1所示。
左半部分是脉冲发生单元（Pulse Unit ），负责产生80 kV 的负高压脉冲；右半部分是直流负高压输出单元（DC Unit ），产生60 kV 的基础直流负高压。
负载为电除尘器，其内部物理结构为板线式。
当计算脉冲电源参数时，可以将其简化等效为1个等效电容，其容量通常为100 nF ，该文中提到的脉冲电源的额定负载为115 nF 。
各主器件功能分别如下：扼流圈（Choke ），用于抑制一次侧直流母线电压向谐振电容C p 充电的电流；一次侧谐振电容（C p ），提供单次脉冲输出所需的能量；隔脉冲电源中IGBT模块功耗及内部瞬时结温升研究卢裕明（福建龙净环保股份有限公司，福建 龙岩 364000）摘 要：绝缘栅双极晶体管（IGBT）的结温升是考察电源的重要参数，其指标直接影响系统的可靠性。
做全桥串联谐振比较可靠
做全桥串联谐振比较可靠.主振芯片用SG3525,锁相环用4046.用一个电流互感器串联在输出端,检测电流相位和电流峰值.锁相环的电压信号直接取至3525的输出,电流信号取至互感器,保护用可控硅来切断控制信号就可以了.驱动可用脉冲变压器,注意管子的开关参数是要做到慢通快断.OK,搞定.下面来计算一下电路基本参数.以220V,3000W计算.整流桥功耗不计算,和用IGBT的一样.3000W满载输出时,直流母线电压约为255V,以滤波电容470微法*2计算.那么直流平均电流为11.76A.IRFP460LC导通电阻0.24欧,静态功耗为(11.76/0.9)2*0.24＝41W,由于工作于接近全谐振状态,开关损耗忽略不计,工程估算时乘以系数1.1,也就是46W左右.确实要比IGBT略大,但是它可以稳定工作于100度的高温下,所以最终散热器的尺寸还是和IGBT持平.稳定性就没得比了,是我做的话,可以保证万分之三的年故障率.商用电磁炒锅最早的在饭店内使用已有八年了，较大批量的也有4年多了。
一般8KW的已可以了。
如华西村美食中心，7台电磁炒灶，没有其它灶。
最多的一餐有50多桌酒席。
如果婚宴桌数多，出菜量大的话可以选12KW到15KW的炒灶，但是厨师要注意及时调节功率，否则量少或大功率下干锅时间长，过大的功率易造成铁锅变形而影响操作。
无锅不关激励，380V电源电流几乎为零，仅有风机及控制电源、振荡回路的一点无功电流用电，整机大约只有130W的消耗。
空锅后突然放置不好的锅也不会损坏管子。
是你在电路设计时没有加入错锅保护和各种状态下的慢起动。
需要经常抛锅的使用场合,根据市场上的信息,还是做8KW,12KW,15KW为主.各功率元器件余量必须留的充足,保护及检测速度必须要快.一些厂家为省成本，往往器件满额使用，结果出现炸管子。
如220V3KW用30A 的管子做半桥，平个周期内的平均电流已近30A，出现百分之几的炸管概率是不足为奇的了。
串联谐振单相全桥逆变器常用的控制方法
详解串联谐振单相全桥逆变器常用的控制方法华天电力专业生产串联谐振设备，下面为大家介绍串联谐振单相全桥逆变器常用的控制方法。
引言随着可自关断电力电子器件的发展，串联谐振逆变电路获得越来越多的应用，各种适合于串联谐振逆变电路的控制方法不断出现，本文对常用的调幅控制、脉冲频率调制、脉冲密度调制以及谐振脉冲宽度调制等控制方法进行了讨论和比较，特别对脉宽加频率调制的控制方法进行了较详细的分析。
串联谐振逆变器基本结构串联谐振逆变器的基本原理图包括直流电压源，和由开关S1～S4组成的逆变桥及由R、L、C组成的串联谐振负载，其中开关S1～S4可选用IGBT、SIT、MOSFET、SITH等具有自关断能力的电力半导体器件，逆变器为单相全桥电路，其控制方法是同一桥臂的两个开关管的驱动信号是互补的，斜对角的两个开关是同时开通与关断的。
串联谐振逆变器的控制方法1、调幅控制（PAM）方法调幅控制方法是通过调节直流电压源输出（逆变器输入）电压Ud（可以用移相调压电路，也可以用斩波调压电路加电感和电容组成的滤波电路，来实现调节输出功率的目的，即逆变器的输出功率通过输入电压调节，由锁相环（PLL）完成电流和电压之间的相位控制，以保证较大的功率因数输出。
这种方法的优点是控制简单易行，缺点是电路结构复杂，体积较大。
2、脉冲频率调制（PFM）方法脉冲频率调制方法是通过改变逆变器的工作频率，从而改变负载输出阻抗以达到调节输出功率的目的。
图2PDM控制原理图图3谐振脉冲宽度调制图3、图4及图5中为避免桥臂直通，S1、S4及S2、S3管应遵循先关断后开通的原则，S1、S4及S2、S3门极触发脉冲应有死区时间，因本文重点讨论控制方法，故图中没有画出。
从串联谐振负载的阻抗特性可知，串联谐振负载的阻抗随着逆变器的工作频率（f）的变化而变化，对于一个恒定的输出电压，当工作频率与负载谐振频率偏差越大时，输出阻抗就越高，因此输出功率就越小，反之亦然，脉冲频率调制方法的主要缺点是工作频率在功率调节过程中不断变化，导致集肤深度也随之而改变，在某些应用场合如表面淬火等，集肤深度的变化对热处理效果会产生较大的影响，这在要求严格的应用场合中是不允许的，但是由于脉冲频率调制方法实现起来非常简单，故在以下情况中可以考虑使用它：1）如果负载对工作频率范围没有严格限制，这时频率必须跟踪，但相位差可以存在而不处于谐振工作状态，2）如果负载的Q值较高，或者功率调节范围不是很大，则较小的频率偏差就可以达到调功的要求。
igbt逆变器工作原理_igbt在逆变器中的作用
igbt逆变器工作原理_igbt在逆变器中的作用IGBT（绝缘栅双极型晶体管），是由BJT（双极型三极管）和MOS（绝缘栅型场效应管）组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。
GTR饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大;MOSFET驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。
IGBT综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。
非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。
目前国内缺乏高质量IGBT模块，几乎全部靠进口。
绝缘栅双极晶体管（IGBT）是高压开关家族中最为年轻的一位。
由一个15V高阻抗电压源即可便利的控制电流流通器件从而可达到用较低的控制功率来控制高电流。
IGBT的工作原理和作用通俗易懂版：IGBT就是一个开关，非通即断，如何控制他的通还是断，就是靠的是栅源极的电压，当栅源极加+12V（大于6V，一般取12V到15V）时IGBT 导通，栅源极不加电压或者是加负压时，IGBT关断，加负压就是为了可靠关断。
IGBT没有放大电压的功能，导通时可以看做导线，断开时当做开路。
IGBT有三个端子，分别是G，D，S，在G和S两端加上电压后，内部的电子发生转移（半导体材料的特点，这也是为什么用半导体材料做电力电子开关的原因），本来是正离子和负离子一一对应，半导体材料呈中性，但是加上电压后，电子在电压的作用下，累积到一边，形成了一层导电沟道，因为电子是可以导电的，变成了导体。
如果撤掉加在GS两端的电压，这层导电的沟道就消失了，就不可以导电了，变成了绝缘体。
IGBT的工作原理和作用电路分析版：IGBT的等效电路如图1所示。
由图1可知，若在IGBT 的栅极和发射极之间加上驱动正电压，则MOSFET导通，这样PNP晶体管的集电极与基极之间成低阻状态而使得晶体管导通;若IGBT的栅极和发射极之间电压为0V，则MOSFET截止，切断PNP晶体管基极电流的供给，使得晶体管截止。
IGBT中频电源原理
IGBT 中频电源的原理工频加热技术与其它各种物理加热技术相比，确实具有较高的效率，但存在一些明显的不足。
在现代工业的金属熔炼、热处理、焊接等过程中，感应加热被广泛应用。
感应加热是根据电磁感应原理，利用工件中涡流产生的热量进行加热的，它加热效率高、速度快、可控性好，易于实现高温和局部加热[1]。
随着电力电子技术的不断 成熟，感应加热技术得到了迅速发展。
本文设计的70KW /500HZ 中频感应加热电源采用IGBT 串联谐振式逆变电路，能够实现频率自动，电路结构简单，高效节能。
2.1 整流电路的设计中频电源采用三相全控桥式整流电路，它的输出电压调节范围大而移相控制角的变化范围小，有利于系统的自动调节，输出电压的脉动频率较高可以减轻直流滤波环节的负担[2]。
根据设计要求：额定输出功率P =70KW ，输出频率f =500HZ ，进线电压U IN =380V ，取逆变器的变换效率η=0.9。
1） 确定电压额定值U RRM考虑到其峰值、波动、雷击等因I T(AV)=0.368×I d额定电压1600V ，额定电流200A 的整流模块。
2.2 逆变电路的设计逆变电路是由全控器件IGBT 构 成的串联谐振式逆变器，两组全控器件V 1、V 4和V 2、V 3交替导通，输出所需要的交流电压。
IGBT 的主要参数有最高集射极电压（额定电压）、集射极电流等[3]。
1） 确定电压额定值U CEPIGBT 的输入端与电容相并联，起到了缓冲波动和干扰的作用，因此安全系数不必取得很大，一般取安全系数α=1.1平波后的直流电压：E d =380V ×2×α=590V关断时的峰值电压：U CESP =(590×1.15+150)×α=912V式中1.15为电压保护系数， 150为L t i d d 引起的尖峰电压。
令U CEP ≥U CESP ,并向上靠拢IGBT 等级，取U CEP =1200V 。
600kwIGBT串联谐振式节能中频电炉主电路的设计
摘要就目前来说，中频感应加热的加热速度快并且控制起来十分方便，已经在诸多行业中得到了广泛的应用。
本文对600kwIGBT串联谐振式节能中频电炉主电路系统进行了设计，主要工作如下：一．高压10kV进线开关柜的设计，高压10kV系统为小电流接地系统，设计过电压和过电流保护，设计电压、电流和电能计量。
二．设计整流电路、滤波电路以及逆变电路，说明其原理。
三．说明元件工作原理和电路设计原理及依据，说明降低谐波和节能原理。
本设计阐述了串联谐振中频感应电炉的主电路整体结构，并且给予了基本电路的理论分析，推导了主电路的计算公式，阐述了经过整流桥和谐振负载改造后优点，完成了逆变电路、整流电路以及电抗器的设计。
目前为止，串联谐振中频电炉仍具有大量的使用空间，使得该课题具有其现实意义。
关键词：感应加热；串联谐振；晶闸管；逆变；整流AbstractFor now, the rate of heating of the medium frequency induction heating, fast and control is very convenient, has been widely used in many industries. This article 600KwIGBT series resonant energy-saving intermediate frequency electric furnace main circuit system design, the main work is as follows:One. The design of high voltage 10KV line switchgear, high voltage 10KV system for small current grounding system, the design of overvoltage and overcurrent protection, design voltage, current and power measurement.Two. The design phase into the 10KV six line rectifier transformer wiring, selection of the rated voltage and the voltage drop, low pressure outlet overvoltage and overcurrent protection, indicating that reducing the harmonic principle.Thire. Description of the components working principle and circuit design principles and basis of the lower harmonics and energy conservation principle.The design described the overall structure of the main circuit, the series resonant medium frequency induction furnace and give a theoretical analysis of the basic circuit, the main circuit is derived formula on the advantages of the transformation after the bridge rectifier and the resonant load inverter circuit is completed, design of the rectifier circuit, reactor, and the line inductance. So far, the series resonant intermediate frequency electric furnace still has a lot of use of space, the subject has its practical significance.Keywords: induction heating; series resonance; thyristor, inverter;rectifier目录摘要 (I)Abstract........................................................................................................................ I I 目录 ......................................................................................................................... I II 第一章概论 .......................................................................................................... - 1 -1.1 选择课题的背景及意义 ............................................................................ - 1 -1.2 串联谐振中频电炉主电路结构的设计 .................................................... - 2 -1.3 该课题的研究目标 .................................................................................... - 3 - 第二章中频电炉的工作原理 .............................................................................. - 4 -2.1 中频电炉的内部结构 ................................................................................ - 4 -2.2 电磁感应原理 ............................................................................................ - 4 -2.3 感应加热效应 ............................................................................................ - 5 -2.3.1集肤效应 ........................................................................................... - 6 -2.3.2邻近效应 ........................................................................................... - 7 -2.3.3端部效应 ........................................................................................... - 8 -2.3.4圆环效应 ........................................................................................... - 8 -2.4 中频电炉负载 ............................................................................................ - 9 -2.4.1负载磁场 ........................................................................................... - 9 -2.4.2负载电阻 ......................................................................................... - 10 -2.4.3负载参数 ......................................................................................... - 11 - 第三章中频电源和小电流接地系统 ................................................................ - 13 -3.1 中频电源系统 .......................................................................................... - 13 -3.2 小电流接地系统 ...................................................................................... - 15 -3.2.1 10kV进线开关柜的选择 ............................................................... - 15 -3.2.2 电压、电流和电能计量 ................................................................ - 17 -3.2.3 10kV线路过电压和过电流保护 ................................................... - 18 - 第四章整流电路 ................................................................................................ - 19 -4.1 中频电源整流电路的条件 ...................................................................... - 19 -4.2 整流电路原理分析 ................................................................................ - 20 -4.3 阻感负载时的工作情况 .......................................................................... - 20 -4.4 十二脉进线消除谐波 .............................................................................. - 22 -4.4.1 串联谐振主电路 ............................................................................ - 22 -4.4.2 谐波分析 ........................................................................................ - 23 -4.5 滤波电路原理分析 .................................................................................. - 23 - 第五章逆变电路 ................................................................................................ - 25 -5.1 中频电源逆变电路的条件 ...................................................................... - 25 -5.2 逆变电路原理分析 .................................................................................. - 25 -5.2.1 串联逆变器原理分析 .................................................................... - 25 -5.2.2 逆变器与谐振负载电路原理分析 ................................................ - 27 -5.3 逆变系统控制电路 .................................................................................. - 28 -5.3.1 调功电路 ........................................................................................ - 28 -5.3.2 压控振荡器 .................................................................................... - 29 - 第六章 IGBT串联谐振式节能中频电炉及其保护 ........................................... - 30 -6.1 IGBT简介................................................................................................. - 30 -6.1.1 IGBT的概念................................................................................... - 30 -6.1.2 IGBT与晶闸管............................................................................... - 30 -6.2 串联中频电炉的节能原理 ...................................................................... - 30 -6.2.1串联谐振与并联谐振的关系 .......................................................... - 30 -6.2.2节能原理 .......................................................................................... - 31 -6.3 中频电炉的保护系统 .............................................................................. - 31 -6.3.1过电流保护 ...................................................................................... - 31 -6.3.2过电压保护 ...................................................................................... - 32 -6.3.3晶闸管保护 ...................................................................................... - 32 - 结论 .................................................................................................................... - 35 - 参考文献 ................................................................................................................ - 36 - 致谢 .................................................................................................................... - 37 - 附录1：串联谐振式中频电炉主电路图 ............................................................. - 38 -附录2：串联谐振式中频电炉设计总图 ............................................................. - 39 -第一章概论1.1 选择课题的背景及意义目前，在先进技术的指引下，我国研制出了串联谐振式的中频感应电源，并且可以提供相当可观的容量。
串联谐振逆变器电路原理
串联谐振逆变器电路原理1 什么是串联谐振逆变器串联谐振逆变器(又称全谐振逆变器)是一种特殊的间歇式单相恒电流逆变器，它组合了两个谐振回路：一个串联单相谐振回路，另一个是并联谐振回路。
它可以有效提高DC/AC转换效率，减小负载由电流变化引起的谐波。
串联谐振逆变器的基本原理是将直流技术和谐振技术有机地结合在一起，充分利用两者相互协调作用，实现直流/交流电能轮换。
2 串联谐振逆变器电路原理串联谐振逆变器一般由输入滤波电路、控制回路、DC到DC变换电路、恒频谐振电路和节能电路组成。
其中输入滤波电路是降低投入电源中各频段电噪比的电路，DC到DC变换电路可以将投入电源的直流电量变成适合于控制回路的脉冲电压，控制回路的作用是根据投入的幅值确定恒频谐振电路的谐振频率，控制IGBT的导通，以实现不同幅度的输出功率，节能电路是检测输出负载的电压下降情况，实现输出电压在额定值内稳定，有效使得设备在正常功率下的最低功耗。
3 工作原理当串联谐振逆变器工作时，投入电源中的直流电量由DC到DC变换电路变成脉冲电压，经控制回路确定谐振电路的工作频率，由此控制IGBT的导通，实现电能轮换，最后将投入电源转换成输出电压。
节能电路的作用是在负载改变时实现输出电压的变化，以满足负载的需要，从而实现恒定的电压输出和最大的能量效率。
4 优点串联谐振逆变器具有定电压、定电流、常见复杂波形输出、低逆变失真、简单操作、低副谐波失真和宽范围输出调节等优点。
由于串联谐振逆变器的输出功率可以根据负载的变化动态调整，使得更多的能量转化成纯正的交流电，节约能源效率更高，电能损耗更低。
总结而言，串联谐振逆变器由于其输出功率可以根据负载的变化动态调整，可以产生定电压、定电流以及低谐波失真的高效电能，是一种理想的DC/AC转换器。
7-IGBT模块及驱动电路的应用技巧和经验分享
给IGBT施加了栅极电压，IGBT已经开通，但是集电极没有电流流过；然后突然有 电流流过IGBT，IGBT两端会出现一个较大的电压抬升，这个电压比IGBT的饱和压 降要大很多；我们把这个现象叫做IGBT的正向恢复效应，也叫IGBT的被动开通
使用二极管做集电极检测的短路 响应时间的测量方法
如右图所示，将二极管Dm的阴极与 IGBT断开，保持悬空状态 将示波器探头接在输入信号INA、故 障信号SO和输出VGE上，以SO下降沿 做触发信号 给驱动器上电，发PWM波，则SO会 报故障下拉，波形被抓住，VGE的宽 度则是短路响应时间 电流源1
T1
在下管IGBT T2关断瞬间，T2上的电流要转移至 上管续流二极管D1 在这一瞬间，如图中红圈所示的时刻，D1发生 正向恢复过程 正向恢复时刻，二极管的阳极电位要比阴极电位 高很多，且会持续数百纳秒 根据二极管的类型和应用环境，该电压可以是几伏到几百 伏的水平
D1
+
U
T2
Vce
©2017 Power Integrations |
4.7k COM VE COM
©2017 Power Integrations |
7
IGBT短路保护原理及测量驱动器短路响应时间的方法
使用电阻串做集电极检测的短路保护原理（2）：
当驱动器发出开通指令， T1马上关断，此时定时电容Cx开始被充电，短路检测开始生效， IGBT进入导通的过程中， Vce快速下降，下图中，蓝点电位向红点充电，红点最开始处于COM的电位，被充电至饱和压降Vcesat，并达到平衡 状态 当IGBT发生短路时，IGBT会出现退饱和现象，Vce(蓝点)会迅速上升，红点因此也会被充电而上升，当其到达绿线的 门槛时，比较器翻转，故障被报出来
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IGBT串联谐振
淬火、透热、熔炼资料《二》
《IGBT串联半桥逆变器吸收电路计算》
来自洛阳的感应加热逆变专家
技术顾问王世鑫
技术支持151电379话97787
半桥结构串联谐振逆变电路原理图
该电源采用半桥结构串联谐振逆变电路，主电路原理如图3所示。
在大功率IGBT 谐振式逆变电路中，主电路的结构设计十分重要，由于电路中存在引线寄生电感，IGBT开关动作时在电感上激起的浪涌尖峰电压Ldi／dt不可忽视，由于本电源采用的是半桥逆变电路，相对全桥电路来说，将产生比全桥电路更大的di／dt。
正确设计过压保护即缓冲电路，对IGBT的正常工作十分重要。
如果缓冲电路设计不当，将造成缓冲电路损耗增大，会导致电路发热严重，容易损坏元件，不利于长期工作。
过程是：当VT2开通时，随着电流的上升，在线路杂散电感Lm的作用下，使得Uab下降到Vcc－Ldi／dt，此时前一工作周期以被充电到Vcc的缓冲电容C1，通过VT1的反并联二极管VD1、VT2和缓冲电阻R2放电。
在缓冲电路中，流过反并联二极管VD1的瞬时导通电流ID1为流过线路杂散电感电流IL和流过缓冲电容C1的电流IC之和。
即ID1＝IL ＋IC，因此IL和di／dt相对于无缓冲电路要小得多。
当VT1关断时，由于线路杂散电感Lm的作用，使Uce迅速上升，并大于母线电压Vcc，这时缓冲二极管VD1正向偏置，Lm中的储能（LmI2／2）向缓冲电路转移，缓冲电路吸收了贮能，不会造成Uce的明显上升。
缓冲元件的计算与选择
式中：f—开关频率；Rtr—开关电流上升时间；IO—最大开关电流；Ucep—瞬态电压峰值。
在缓冲电路的元件选择中，电容要选择耐压较高的电容，二极管最好选择高性能的快恢复二极管，电阻要用无感电阻。