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IGBT模块/IPM死区时间设计方法

死区时间是PWM输出时,为了使H桥或半H桥的上下IGBT管不会因为开关速度问题发生同时导通而设置的一个保护时段。通常也指pwm响应时间。下图是变频空调室外压缩机控制驱动主电路的原理图。文章来源:http://www.igbt8.com/bl/175.html
变频空调室外压缩机控制驱动主电路的原理图
220V交流电压经过由D1~D4和电解电容C1组成的桥式整流和阻容滤波电路后成为给IPM供电的直流电压,六个开关管按照一定规律通断,分别在U、V、W三相输出一系列的矩形信号,通过调整矩形波的频率与占空比达到调节输出电压频率和幅度的目的,即现在应用最广泛的PWM(PULSE WIDTH MODULATE 脉冲宽度调制)控制技术,PWM控制技术从控制思想上可以分成四类:等脉宽PWM法、正弦波PWM法、磁链追踪PWM法和电流追踪型PWM法。不管采用何种控制方式,都必须注意U、V、W任意一相上下两个桥臂不能同时导通,否则直流电源将在IPM内部形成短路,这是绝对不允许的。为了避免电源元件的切换反应不及时可能造成的短路,一定要在控制信号之间设定互锁时间,这个时间又叫换流时间,或者叫死区时间。转载请注明出处:http://www.igbt8.com/
由于IGBT(绝缘栅极型功率管)等功率器件都存在一定的结电容,所以会造成器件导通关断的延迟现象。一般在设计电路时已尽量降低该影响,比如尽量提高控制极驱动电压电流,设置结电容释放回路等。为了使igbt工作可靠,避免由于关断延迟效应造成上下桥臂直通,有必要设置死区时间,也就是上下桥臂同时关断时间。死区时间可有效地避免延迟效应所造成的一个桥臂未完全关断,而另一桥臂又处于导通状态,避免直通炸模块。
死区时间大,模块工作更加可靠,但会带来输出波形的失真及降低输出效率。死区时间小,输出波形要好一些,只是会降低可靠性,一般为us级。一般来说死区时间是不可以改变的,只取决于功率元件制作工艺!
死区时间是指控制不到的时间域。在变频器里一般是指功率器件输出电压、电流的“0”区,在传动控制里一般是指电机正反向转换电压、电流的过零时间。死区时间当然越小越好。但是所以设置死区时间,是为了安全。因此又不可没有。最佳的设置是:在保证安全的前提下,越小越好。以不炸功率管、输出不短路为目的。
1 基本原理推导
① IGBT及光耦开关时间的定义
IGBT开关时间定义
IGBT开关时间定义
光耦开关时间定义
光耦开关时间定义
②主电路构成
IGBT主电路构成
③逻辑上的死区时间与IGBT端子(C、E)死区时间的关系
下图给出了控制信号、驱动板输出电压和IGBT端子(C、E)间电压的相位关系。
各延迟时间分别定义为:
t1:开通控制信号-驱动板开通电压信号输出的延迟时间
t2:驱动板开通电压-IGBT开通输出延迟时间
t3:关断控制信号-驱动板关断电压信号输出的延迟时间
t4:驱动板关断电压-IGBT关断输出延迟时间
(这里不考虑上下桥臂的差别)
逻辑上设定的死区时间(TD)与IGBT端子(C、E)死区时间(TD’)的关系如下式
TD'=TD-(t3+t4)+(t1+t2)
因此逻辑上的死区时间(TD)随延迟时间t1~t4的大小而变化成实际的死区时间(TD')。下面分别推导驱动板的延时 (t1、t3)和IGBT延时(t2、t4)。
驱动板的延时 (t1、t3)和IGBT延时(t2、t4)
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