初次涉足逆变IGBT果然挂掉了

只看该作者 · 2018-7-16 17:59

前几天一个朋友让我帮忙给做个小功率变频器（500W）用作振动盘控制器，虽然我没做过逆变相关的东西（直接和220打交道的东西只在刚毕业那年做过一点没啥经验）但是本着多学习的态度就答应了下来。学了几天SPWM就上阵了。今天板子打回来焊接完毕（由于手头有几个从旧板子上拆下来的标注为K20T60的IGBT，于是就用它代替了图中的IRF840）。先接弱电测试一下，唉好用；然后上220（负载为12V10W的工频变压器，二次侧开路接示波器），唉也好用。加上电位器调频调幅功能，先上弱电，好用。再上220，NTC（RT1）爆了。用万用表一测，Q2和Q4直接挂掉了（三个腿两两导通），整流桥也挂了。更换了损坏的器件，上弱电测试然并卵，信号只有上半周并且过流，估计Q1和Q3也挂了。求大神看看这个电路图问题出在了那里。

只看该作者 · 2018-7-16 23:25

本帖最后由 tianxj01 于 2018-7-16 23:32 编辑

如果MOS管，死区一般可以在500nS以内，所以用IR2104驱动是安全的。但是IGBT空载的拖尾效应，这个死区时间是不够的，初次做，缺少最佳死区时间经验，最好是4个管子单独驱动，采用IR双路输入的半桥驱动芯片为好，死区从几个us做起，每个合适的IGBT都有比较合适的死区时间，这个就不给出直接数据。
其实采用下半桥工频方波，上半桥PWM驱动，可以避免死区等很多问题，把输出级驱动问题完全简单化，而且还能提高效率。

只看该作者 · 2018-7-16 23:27

补充一下，IR悬浮驱动的自举电容，采用10n很明显小了。经验必须远大于100n，比如1uf什么的才可以保证上臂驱动的正常供电。

只看该作者 · 2018-7-17 08:43

tianxj01 发表于 2018-7-16 23:25
如果MOS管，死区一般可以在500nS以内，所以用IR2104驱动是安全的。但是IGBT空载的拖尾效应，这个死区时间是 ...

多谢多谢。

只看该作者 · 2018-7-17 08:43

tianxj01 发表于 2018-7-16 23:27
补充一下，IR悬浮驱动的自举电容，采用10n很明显小了。经验必须远大于100n，比如1uf什么的才可以保证上臂驱 ...

图上不清楚，用的10uF自举电容。

只看该作者 · 2018-7-17 10:27

tianxj01 发表于 2018-7-16 23:25
如果MOS管，死区一般可以在500nS以内，所以用IR2104驱动是安全的。但是IGBT空载的拖尾效应，这个死区时间是 ...

我采用下半桥工频上半桥PWM的方式，LC滤波之后输出的波形不是正弦波，像是把正弦波揍扁了一样。

只看该作者 · 2018-7-17 11:19

qinlu123 发表于 2018-7-17 10:27
我采用下半桥工频上半桥PWM的方式，LC滤波之后输出的波形不是正弦波，像是把正弦波揍扁了一样。 ...

基本算法问题前面已经做过输出，应该不存在，但是驱动算法还是非常不一样的，不知道这里你修改对了没？
而且，因为功率输出级方式变化了，测量方法也就很讲究了，理论上，你每个桥臂中点，测量输出波形，通过RC低通，能看见半波整流正弦波，双通道差180°，输出肯定就是漂亮的完整正弦波了。
这里4管驱动必须是这样的：对角1高管给出正半周PWM波形时候，下对角管在整个正半周期导通。同时其他2个交叉桥臂管全部截止。
同样道理，对角2管给出正半周PWM输出，下对角管在整个正半周期导通。同时其他2个交叉桥臂管均截止。
由于输出驱动方式大改变，所以PWM算法也不一样了，过去正弦波过零点PWM=50%，现在正弦波过零点，PWM=0%。
这样2个桥臂轮流输出正半周，180°驱动，连接在2个桥臂上面的输出负载上面合成一个完整的正弦波就不是问题了。

只看该作者 · 2018-7-17 11:27

补充一下，对于那种浮栅上臂驱动类型的芯片，由于工况变成总有一半时间，下臂长期导通期间，上臂是无法开启的，但恰恰这个时候上臂是关闭的。因此只需要注意芯片驱动逻辑是不是有上下驱动信号逻辑控制，那种芯片是不能用来驱动这样全桥的。没有关联逻辑控制的浮栅驱动，才可以正常驱动。

只看该作者 · 2018-7-17 11:50

tianxj01 发表于 2018-7-17 11:19
基本算法问题前面已经做过输出，应该不存在，但是驱动算法还是非常不一样的，不知道这里你修改对了没？
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首先感谢您耐心的指点。
我之前的操作是：对角1高管正半周PWM输出，下对角管在整个正半周期导通；同时另一个对角的高管截至而1下管和1高管互补输出。下半周同理。两个半桥的中心点通过LC滤波后可以得到正弦波。
现在改成了（换板子了不用IR2104驱动H桥了）对角1高管给出正半周PWM波形时候，下对角管在整个正半周期导通。同时其他2个交叉桥臂管全部截止。
这两种方式的过零点PWM占空比都是0%，第二种得不到正弦波。我用示波器看了单片机PWM的输出，逻辑没错。我再找找哪里逻辑错了。

只看该作者 · 2018-7-17 13:49

tianxj01 发表于 2018-7-17 11:19
基本算法问题前面已经做过输出，应该不存在，但是驱动算法还是非常不一样的，不知道这里你修改对了没？
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找到原因了，采用“对角1高管给出正半周PWM波形时候，下对角管在整个正半周期导通，同时其他2个交叉桥臂管全部截止的方式”方式的时候自举升压电容充电周期和工频周期一样，给人感觉在开启上臂的时候电容充上的电瞬间被放光了导致后续上臂开启不了。我的电容已经用到20uF了，不知道该咋办了。

只看该作者 · 2018-7-17 15:14

理论和实际有差异的，不要先上220V，可以用100V或者更低测试；而且电路最好是一部分一部分的测试OK，不是先全部焊好，每个部分都通电。

只看该作者 · 2018-7-17 16:55

本帖最后由 tianxj01 于 2018-7-17 16:59 编辑

qinlu123 发表于 2018-7-17 13:49
找到原因了，采用“对角1高管给出正半周PWM波形时候，下对角管在整个正半周期导通，同时其他2个交叉桥臂 ...

那就换一个驱动方法，前提是死区必须由你自己控制了。
就是全桥一个臂，输出上下互补的带死区PWM，而另外一个臂，输出工频方波，呵呵，反正效率都好过2臂全部用PWM输出的形式。死区至少大于1.5uS级，然后一点点减少死区，到空载不会发生直通就OK了。这样你驱动芯片哪怕带输入输出逻辑的也肯定能正常驱动。
算法还是和单极性调制的一样，正弦波过零点必须是0%，正弦波+-最高点就是你PWM最大点。这种方式，用IR2110或者类似芯片肯定能驱起来，有类似工程样机的，你可以参考：EG8010

EG8010_SPWM_V2_2.pdf (1.31 MB)

1万 · 2018-7-18 08:32

这和我们的电机驱动太像了你这SIN频率50-120HZ低可以采用1楼的办法, 效率高不少. 因为下管不用频繁的开关.
像电机的SIN 频率可以高到1000HZ 这里就要关注电感中的电流了. 用双下管同时导通来放电

只看该作者 · 2018-7-18 10:36

我看见很多大功率管子都用IR2110来驱动，是不是这种大管子的栅极电流太大用IR2101这种小电流的驱动芯片带不动。@tianxj01 @eydj2008

只看该作者 · 2018-7-18 10:52

qinlu123 发表于 2018-7-18 10:36
我看见很多大功率管子都用IR2110来驱动，是不是这种大管子的栅极电流太大用IR2101这种小电流的驱动芯片带不 ...

是的，浮栅驱动芯片的选择，和被驱动管子有直接关系，一般按照器件的Qg，和上升下降时间设计来选取，
按照Qg=t*i原则选取，比如选择驱动沿时间=50ns 被选择驱动管Qg=200nC，那么i=200nC/50nS=4A。
意味着你必须用那种4A的浮栅驱动芯片来驱动才能实现设计目的。
在这个设计里面，因为IR2110只有2A，很显然就不胜任了，当然如果是驱动100nC以下的管子（我们常用的Kw级别逆变器管子都在这个范围）那就OK了。
更大的输出驱动能力也意味着更小的芯片驱动功耗，这个也是设计时候必须注意的，否则驱动芯片过载也不是好玩的事情。