正弦波大功率IGBT模块控制2000A驱动板

正弦波大功率IGBT模块控制2000A驱动板

读了寿老师的正弦波IGBT模块贴子，心痒痒的，赶快学习大功率IGBT驱动; 功夫不负有心人，有幸见识到2000A大功率IGBT驱动，再把我十几年前一直使用的正弦波程序，打磨了一翻，主芯片为大家熟悉的PIC16F716，终于出来了这款正弦波大功率IGBT模块控制2000A驱动板。欢迎大家实验见证, 谢谢！同时也感谢寿老师的好贴子，给了我很大启发；大功率IGBT二手市场货源好便宜，二次利用经济实惠，很轻易实现10KW以上的大功率正弦波输出。

正弦波大功率IGBT模块控制驱动板，实际上是逆变器的后级DC转AC部分，把前级的高压直流转变成交流220V输出的装置。

现在市场上，拆机大功率的IGBT太多了，功率大价格便宜，我想利用这些好的资源，制作一款大功率正弦波逆变器，要想利用好这些大功率IGBT做逆变器，正弦波控制板要注意两点，工作时的死区时间和工作时的开关频率，这两点很致命。本控制板死区时间250ns为基准档位，一直到10us任意可控制，可以适应于不同大小的IGBT模块使用，本板控制为2.0us，再就是载波频率SPWM为16.000KHz，控制板带50Hz/60Hz切换，带开关机控制，带LCD12864直接显示等，板子尺寸：15*6.5cm

先上原理图：

本控制板的稳压方式，采用的是正弦峰值稳压，电压瞬时值反馈和有效值反馈结构的，双闭环控制方式。外环电压有效值反馈，使系统稳态时尽可能实现输出无静差，内环采用瞬时值反馈，保证系统获得优良的动态性能，二者各司其职，共同协作。

本人为何选择正弦峰值稳压，是因为暂态闭环响应速度快，对母线电压的变化和输出负载的变化，瞬态响应均快，控制环线路简单，控制环易于控制。另外瞬时峰值的电压，是内在固有的逐个峰值波一一对应控制。

普通的取样稳压就不一样了，取样信号需要整流和电容滤波，需要平滑的直流输入，在整流滤波过程中会有一个很长的时间差，这样就大大延迟了应该稳压的时间点，就会造成输出电压的忽高忽低，稳压总是有延后的现象，稳压不真实。所以正弦波峰值稳压方式，是对每个一一对应的峰值波形，逐个控制，真实，响应速度快，控制非常精准；如果除开输出线路中的压降，可以真正做到输出电压纹丝不动。

正弦波大功率IGBT模块控制驱动板，驱动是参照了650KW的SPWM大功率驱动，一模一样照搬，本人有幸碰到，大家请看图

这IGBT驱动功率够大，每一路采用4只450A的IGBT并联使用，驱动能力已达到2000A以上。

316J驱动说明：

IGBT在以变频器及各类电源为代表的电力电子装置中得到了广泛应用。IGBT集双极型功率晶体管和功率MOSFET的优点于一体，具有电压控制、输入阻抗大、驱动功率小、控制电路简单、开关损耗小、通断速度快和工作频率高等优点。

但是，IGBT和其它电力电子器件一样，其应用还依赖于电路条件和开关环境。因此，IGBT的驱动和保护电路是电路设计的难点和重点，是整个装置运行的关键环节。

为解决IGBT的可靠驱动问题，国外各IGBT生产厂家或从事IGBT应用的企业开发出了众多的IGBT驱动集成电路或模块，如国内常用的日本富士公司生产的EXB8系列，三菱电机公司生产的M579系列，美国IR公司生产的IR21系列等。但是，EXB8系列、M579系列和IR21系列没有软关断和电源电压欠压保护功能，而惠普生产的HCLP一316J有过流保护、欠压保护和1GBT软关断的功能，且价格相对便宜，因此，本文将对其进行研究，并给出1700V，200～300AIGBT的驱动和保护电路。

1、IGBT的工作特性

IGBT是一种电压型控制器件，它所需要的驱动电流与驱动功率非常小，可直接与模拟或数字功能块相接而不须加任何附加接口电路。IGBT的导通与关断是由栅极电压UGE来控制的，当UGE大于开启电压UGE（th）时IGBT导通，当栅极和发射极间施加反向或不加信号时，IGBT被关断。

IGBT与普通晶体三极管一样，可工作在线性放大区、饱和区和截止区，其主要作为开关器件应用。在驱动电路中主要研究IGBT的饱和导通和截止两个状态，使其开通上升沿和关断下降沿都比较陡峭。

2、IGBT驱动电路要求

在设计IGBT驱动时必须注意以下几点。

1）栅极正向驱动电压的大小将对电路性能产生重要影响，必须正确选择。当正向驱动电压增大时，．IGBT的导通电阻下降，使开通损耗减小；但若正向驱动电压过大则负载短路时其短路电流IC随UGE增大而增大，可能使IGBT出现擎住效应，导致门控失效，从而造成IGBT的损坏；若正向驱动电压过小会使IGBT退出饱和导通区而进入线性放大区域，使IGBT过热损坏；使用中选12V≤UGE≤18V为好。栅极负偏置电压可防止由于关断时浪涌电流过大而使IGBT误导通，一般负偏置电压选一5V为宜。另外，IGBT开通后驱动电路应提供足够的电压和电流幅值，使IGBT在正常工作及过载情况下不致退出饱和导通区而损坏。

2）IGBT快速开通和关断有利于提高工作频率，减小开关损耗。但在大电感负载下IGBT的开关频率不宜过大，因为高速开通和关断时，会产生很高的尖峰电压，极有可能造成IGBT或其他元器件被击穿。

3）选择合适的栅极串联电阻RG和栅射电容CG对IGBT的驱动相当重要。RG较小，栅射极之间的充放电时间常数比较小，会使开通瞬间电流较大，从而损坏IGBT；RG较大，有利于抑制dvce／dt，但会增加IGBT的开关时间和开关损耗。合适的CG有利于抑制dic／dt，CG太大，开通时间延时，CG太小对抑制dic／dt效果不明显。

4）当IGBT关断时，栅射电压很容易受IGBT和电路寄生参数的干扰，使栅射电压引起器件误导通，为防止这种现象发生，可以在栅射间并接一个电阻。此外，在实际应用中为防止栅极驱动电路出现高压尖峰，最好在栅射间并接两只反向串联的稳压二极管，其稳压值应与正负栅压相同。

各引脚功能如下：

脚1（VIN+）正向信号输入；

脚2（VIN-）反向信号输入；

脚3（VCG1）接输入电源；

脚4（GND）输入端的地；

脚5（RESERT）芯片复位输入端；

脚6（FAULT）故障输出，当发生故障（输出正向电压欠压或IGBT短路）时，通过光耦输出故障信号；

脚7（VLED1+）光耦测试引脚，悬挂；

脚8（VLED1-）接地；

脚9，脚10（VEE）给IGBT提供反向偏置电压；

脚11（VOUT）输出驱动信号以驱动IGBT；

脚12（VC）三级达林顿管集电极电源；

脚13（VCC2）驱动电压源；

脚14（DESAT）IGBT短路电流检测；

脚15（VLED2+）光耦测试引脚，悬挂；

脚16（VE）输出基准地。

HCPL-316是一款简单易用的智能型IGBT驱动光耦，集成了VCE饱和压降检测，欠压锁定，软关断以及隔离故障反馈输出。

对于316J的说明资料，网络上很多，大家多多了解

言归正传，上传本控制板接线说明

部分说明：

1. 50/60Hz切换，此功能是后面添加的，U5的3脚接5V是60Hz输出，此脚悬空为50Hz

2. 开机/关机，CN2的6脚悬空为开机，接地为关机，次功能为UPS市电/逆变切换所用

3. 功率调节，是调节输出功率的最大值，最大值时，正弦波的顶部与底部会出现直线，说明已经在限制输出功率了

CN1:供电与控制

1. VFB为输出电压反馈信号，稳定输出电压的作用

2. GND供电负极

3. IFB输出电流反馈信号，控制总电流大小

4. SD保护输出，控制前级升压开关，正常工作0V,保护5V输出

5. 供电，15至30V单电源供电

CN2:烧写与显示

用于程序烧录，另外可以直接接上LCD128*64显示屏，直接显示参数

1. 时钟线

2. 数据线

3. GND供电负极

4. +5V输出，为显示屏和烧写器提供5V电源

5. vpp

6. 开关，悬空控制板为开，接地控制板为关

配套输出电路图

模块外形

IGBT接线图

实物焊接

显示屏的接线图

首先焊接了两块板，焊好准备接线调试了！

显示屏点亮了

15V输入测试电流0.31A

24V输入测试电流0.20A

30V输入测试电流0.15A

接下来测试功率管的G.S波形，从左到右依次如下图

现在测试SPWM的死区波形

死区时间2us，与我们设计的一样

下一步接上输出供电和输出LC滤波网络测试

线路已接好

母线供电与驱动电源一样24V试机

哈哈正弦波出来了！

下面就开始准备360V直流电源，输入看看带载和输出波形如何。

今天终于又焊接好了一块板，接上母线高压360V看图片

看看频率，50Hz很准的，再调调输出功率控制，也是可以控制的，接下来研究恒功率启动程序了

开机视频1：https://v.youku.com/v_show/id_XNDg1NTQwNDE4NA==.html?x=&sharefrom=android&sharekey=1d288795f2bc29b43c110be09dd95fa98

开机视频2：https://v.youku.com/v_show/id_XNDg1NTQwNjc1Mg==.html?x=&sharefrom=android&sharekey=66d7185df00c53efe7fd0112e483ed994

第一版的20张PCB已发行完毕了，第二版又开始了，做了改动，就是把反馈调压的几颗元件设计到控制板上了，

板子尺寸大小还是一样不变：15*6.5cm

月底此样板可以到位，再焊接起来继续大功率带载

与此同时，大功率同步升压IGBT模块2000A驱动板https://www.dianyuan.com/bbs/2488282.html 也启动了，就是高频正弦波前级升压，

电路拓扑结构：BOOST升压电路原理，我们知道大部分光伏逆变器的前级电路，DC-DC电压转换都是采用boost升压结构的形式，其主要由升压电感，二极管和电容组成。

大功率同步升压IGBT模块2000A驱动板原理图

大功率同步升压IGBT模块2000A驱动板电路板图

欢迎一起来互相学习

接下来我们讨论一下取样电阻（分流器）

如上图中的分流器（75mV）,这颗电阻其实就是感应的母线电流，由于本控制板做出的是大功率输出，就不可能用单股多股康铜丝来做了，而是使用分流器或者大功率霍尔互感器了，分流器经济实惠，所以本人选择了分流器使用，不一样的功率，选择不一样电流的分流器。

分流器的选取方法=输出功率/母线电压，比如10KW输出功率，母线电压为380V,母线电流就是10000W/380V=26.3A,这时候大家可以买30A的分流器接上即可，其实市面上的分流器过载能力是很强的，不用考虑会烧断。

控制板上的功率调节，顺时针为输出功率大，反时针为输出功率小，在反时针调节中，如输出波形在发生变化，上下会出现平顶，此时既是输出功率在控制了，如果程序支持欠压输出保护的话，3秒就能关闭正弦波输出。

逆变器在工作的时候为（恒电压工作模式），逆变器的输出保护; 本来嘛，本控制板已经有IGBT短路过流保护（HCPL-316直接检测，集成了VCE饱和压降检测，欠压锁定，软关断以及隔离故障反馈输出）功能，再加上主电流冲击过流保护；不过主电流过流保护是控制输出的一开一关，这样输出波形会由正弦波慢慢顶部和底部压缩变为方波（与EG8010过流控制一样）。

在过流时不改变正弦波波形形状，改变正弦波的上下幅度（恒电流工作模式），正弦波变为方波，感性（电机，空调）类电气在启动冲击时电流特别大，易炸管；如果此时改用正弦波工作，电流就会很小，同时输出电压也不能低于180V（太低电器不支持低压工作）。意思是冲击工作电压范围180-220V,简称：（恒流工作模式）降压启动。

新版来了

部分功能说明：

1. 50/60Hz切换: 通电默认为50Hz，R1焊接5.1K电阻，为60Hz；

2. 开机/关机转换：通电默认为开机，U5的10脚接地为关机，此功能为UPS市电/逆变切换所用，启动为快起模式；

3. VR1功率设定：是调节输出功率的最大值，最大值时，正弦波的顶部与底部会出现直线，说明已经在限制输出功率了；

4. VR输出电压设定：是调节输出交流电压，用万用表测试输出电压，设定为230V即可；

CN1: 直流供电输入

1. VCC供电，+13V至30V单电源供电;

2. GND供电负极

CN2: 控制

1. VFB为输出电压反馈信号，稳定输出电压的作用

2. GND供电负极

3. IFB输出电流反馈信号，控制总电流大小

4. GND供电负极

5. SD保护输出，控制前级升压开关，正常工作0V,保护5V输出

CN3: 烧写与显示

用于程序烧录，另外可以直接接上LCD128*64显示屏，直接显示参数

1. CLK时钟线

2.DAT 数据线

3. GND供电负极

4. +5V输出，给显示屏和烧写器提供+5V电源

5. vpp烧写程序用

注意：控制板的负极与高压母线的负极一定要可靠相连接，再就是电压反馈一定要接200K电阻后才可以接入控制板取样

不同之处在于输出电压调节已设计到控制板上了，方便大家接线

输出线路图

控制板原理图

中国西电申请“一种正弦波幅值检测方法及系统”，可应用于远距离且需隔离采样工况

金融界 2024 年 8 月 4 日消息，天眼查知识产权信息显示，西安西电电力系统有限公司,中国西电电气股份有限公司申请一项名为“一种正弦波幅值检测方法及系统“，公开号 CN202410507084.1 ，申请日期为 2024 年 4 月。

专利摘要显示，本发明公开了一种正弦波幅值检测方法及系统，系统包括分压电路，分压电路的一端输入正弦波，分压电路的另一端连接电光转换电路的一端，电光转换电路的另一端连接光电转换电路的一端，光电转换电路的另一端连接控制器件，控制器件输出正弦波幅值，控制器件的芯片内部储存映射表；方法采用分压电路将正弦波电压转换为等效电脉冲信号，通过电光转换电路对等效电脉冲信号进行电光转换得到光脉冲信号，光脉冲信号通过光纤传输至光电转换电路，光电转换电路对光脉冲信号进行光电转换得到电脉冲信号，通过控制器件对电脉冲信号进行解码与控制器内的映射表进行对比得到正弦波幅值，省略 A/D 转换器，采样解码方法新颖并且可应用于远距离且需隔离采样工况。

本文源自金融界

相关问答

正弦波逆变器母线电压升高就烧驱动芯片是什么原因?

如果高于原来设定的电压,需要检查高频变压器,以及前级驱动板,如果不用电瓶做电源,用的是变压器做电源需要检查变压器电压是否升高了如果高于原来设定的电压,...

几种正弦波产生电路的比较?

正弦波产生方案:1、较低频率的正弦波可采用单片机产生正弦调制的PWM波,其后连接积分电路实现。2、采用运算放大器和RC阻容电路实现3、采用RLC谐振选频网络...

求解，射频芯片有哪些?

[回答]射频同轴电缆的衰减一般指500米长的电缆段的衰减值。当用10MHz的正弦波进行测量时,它的值不超过8.5db(17db/公里);而用5MHz的正弦波进行测量时,它的...

怎么把方波转换成正弦波?

1.利用D/A转换芯片,把数字信号转成模拟信号。2.利用函数发生芯片,把方波转成正弦波3.利用文氏电桥振荡电路,把方波转成正弦波方波转正弦波有方波的傅立叶展开...

正弦波怎么样斩波才干扰最小

如果要产生精度较高的正弦波,可以考虑用数字电路方法.1,产生一个与4MHz方波锁相的,N(如16)倍于4MHz的时钟信号.如果系统中有这样的信号就...

纯正弦波逆变器高频与工频哪个更可靠?哪个效率更高?

纯正弦波逆变器的高频比工频更可靠,效率也更高。因为在高频逆变器中,芯片频率非常高,可以减小元件的尺寸和容量,减少器件的发热和损坏率,并且输出波形更为纯...

逆变器欠压保护电位器怎么调?

逆变器欠压保护电位器节调方法:首先要看逆变器的电路.普通逆变器一般都是采用TL494,KA7500或LM324做的欠压保护电路,在IC的电压比较器的输入端有2个采样电阻...

单片机正弦波怎么改频率?

第一,可以使用1T单片机使得速度更快第二,程序上可以减少输出的采样值精度,比如8位da,应存在255个值,我们可以删减掉一些点,保留关键点,比如波风波谷,使...第...

纯正弦波逆变器和普通的逆变器有什么区别?

一输出波形不同,纯正弦波逆变器输出的正弦波交流电,普通逆变器输出的是方波或锯齿波交流电。二内部结构不同。正弦波逆变器内部是直流转正弦波集成芯片,普通...

【模拟与数字电路判断题1反馈型正弦波振荡电路中必须存在正...

[最佳回答]3错其他对