正弦波大功率IGBT模塊控制2000A驅動板
讀了壽老師的正弦波IGBT模塊貼子，心癢癢的，趕快學習大功率IGBT驅動; 功夫不負有心人，有幸見識到2000A大功率IGBT驅動，再把我十幾年前一直使用的正弦波程序，打磨了一翻，主芯片為大家熟悉的PIC16F716，終于出來了這款正弦波大功率IGBT模塊控制2000A驅動板。歡迎大家實驗見證, 謝謝！同時也感謝壽老師的好貼子，給了我很大啟發(fā)；大功率IGBT二手市場貨源好便宜，二次利用經(jīng)濟實惠，很輕易實現(xiàn)10KW以上的大功率正弦波輸出。
正弦波大功率IGBT模塊控制驅動板，實際上是逆變器的后級DC轉AC部分，把前級的高壓直流轉變成交流220V輸出的裝置。
現(xiàn)在市場上，拆機大功率的IGBT太多了，功率大價格便宜，我想利用這些好的資源，制作一款大功率正弦波逆變器，要想利用好這些大功率IGBT做逆變器，正弦波控制板要注意兩點，工作時的死區(qū)時間和工作時的開關頻率，這兩點很致命。本控制板死區(qū)時間250ns為基準檔位，一直到10us任意可控制，可以適應于不同大小的IGBT模塊使用，本板控制為2.0us，再就是載波頻率SPWM為16.000KHz，控制板帶50Hz/60Hz切換，帶開關機控制，帶LCD12864直接顯示等，板子尺寸：15*6.5cm
先上原理圖：
本控制板的穩(wěn)壓方式，采用的是正弦峰值穩(wěn)壓，電壓瞬時值反饋和有效值反饋結構的，雙閉環(huán)控制方式。外環(huán)電壓有效值反饋，使系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時盡可能實現(xiàn)輸出無靜差，內(nèi)環(huán)采用瞬時值反饋，保證系統(tǒng)獲得優(yōu)良的動態(tài)性能，二者各司其職，共同協(xié)作。
本人為何選擇正弦峰值穩(wěn)壓，是因為暫態(tài)閉環(huán)響應速度快，對母線電壓的變化和輸出負載的變化，瞬態(tài)響應均快，控制環(huán)線路簡單，控制環(huán)易于控制。另外瞬時峰值的電壓，是內(nèi)在固有的逐個峰值波一一對應控制。
普通的取樣穩(wěn)壓就不一樣了，取樣信號需要整流和電容濾波，需要平滑的直流輸入，在整流濾波過程中會有一個很長的時間差，這樣就大大延遲了應該穩(wěn)壓的時間點，就會造成輸出電壓的忽高忽低，穩(wěn)壓總是有延后的現(xiàn)象，穩(wěn)壓不真實。所以正弦波峰值穩(wěn)壓方式，是對每個一一對應的峰值波形，逐個控制，真實，響應速度快，控制非常精準；如果除開輸出線路中的壓降，可以真正做到輸出電壓紋絲不動。
正弦波大功率IGBT模塊控制驅動板，驅動是參照了650KW的SPWM大功率驅動，一模一樣照搬，本人有幸碰到，大家請看圖
這IGBT驅動功率夠大，每一路采用4只450A的IGBT并聯(lián)使用，驅動能力已達到2000A以上。
316J驅動說明：
IGBT在以變頻器及各類電源為代表的電力電子裝置中得到了廣泛應用。IGBT集雙極型功率晶體管和功率MOSFET的優(yōu)點于一體，具有電壓控制、輸入阻抗大、驅動功率小、控制電路簡單、開關損耗小、通斷速度快和工作頻率高等優(yōu)點。
但是，IGBT和其它電力電子器件一樣，其應用還依賴于電路條件和開關環(huán)境。因此，IGBT的驅動和保護電路是電路設計的難點和重點，是整個裝置運行的關鍵環(huán)節(jié)。
為解決IGBT的可靠驅動問題，國外各IGBT生產(chǎn)廠家或從事IGBT應用的企業(yè)開發(fā)出了眾多的IGBT驅動集成電路或模塊，如國內(nèi)常用的日本富士公司生產(chǎn)的EXB8系列，三菱電機公司生產(chǎn)的M579系列，美國IR公司生產(chǎn)的IR21系列等。但是，EXB8系列、M579系列和IR21系列沒有軟關斷和電源電壓欠壓保護功能，而惠普生產(chǎn)的HCLP一316J有過流保護、欠壓保護和1GBT軟關斷的功能，且價格相對便宜，因此，本文將對其進行研究，并給出1700V，200～300AIGBT的驅動和保護電路。
1、IGBT的工作特性
IGBT是一種電壓型控制器件，它所需要的驅動電流與驅動功率非常小，可直接與模擬或數(shù)字功能塊相接而不須加任何附加接口電路。IGBT的導通與關斷是由柵極電壓UGE來控制的，當UGE大于開啟電壓UGE（th）時IGBT導通，當柵極和發(fā)射極間施加反向或不加信號時，IGBT被關斷。
IGBT與普通晶體三極管一樣，可工作在線性放大區(qū)、飽和區(qū)和截止區(qū)，其主要作為開關器件應用。在驅動電路中主要研究IGBT的飽和導通和截止兩個狀態(tài)，使其開通上升沿和關斷下降沿都比較陡峭。
2、IGBT驅動電路要求
在設計IGBT驅動時必須注意以下幾點。
1）柵極正向驅動電壓的大小將對電路性能產(chǎn)生重要影響，必須正確選擇。當正向驅動電壓增大時，．IGBT的導通電阻下降，使開通損耗減小；但若正向驅動電壓過大則負載短路時其短路電流IC隨UGE增大而增大，可能使IGBT出現(xiàn)擎住效應，導致門控失效，從而造成IGBT的損壞；若正向驅動電壓過小會使IGBT退出飽和導通區(qū)而進入線性放大區(qū)域，使IGBT過熱損壞；使用中選12V≤UGE≤18V為好。柵極負偏置電壓可防止由于關斷時浪涌電流過大而使IGBT誤導通，一般負偏置電壓選一5V為宜。另外，IGBT開通后驅動電路應提供足夠的電壓和電流幅值，使IGBT在正常工作及過載情況下不致退出飽和導通區(qū)而損壞。
2）IGBT快速開通和關斷有利于提高工作頻率，減小開關損耗。但在大電感負載下IGBT的開關頻率不宜過大，因為高速開通和關斷時，會產(chǎn)生很高的尖峰電壓，極有可能造成IGBT或其他元器件被擊穿。
3）選擇合適的柵極串聯(lián)電阻RG和柵射電容CG對IGBT的驅動相當重要。RG較小，柵射極之間的充放電時間常數(shù)比較小，會使開通瞬間電流較大，從而損壞IGBT；RG較大，有利于抑制dvce／dt，但會增加IGBT的開關時間和開關損耗。合適的CG有利于抑制dic／dt，CG太大，開通時間延時，CG太小對抑制dic／dt效果不明顯。
4）當IGBT關斷時，柵射電壓很容易受IGBT和電路寄生參數(shù)的干擾，使柵射電壓引起器件誤導通，為防止這種現(xiàn)象發(fā)生，可以在柵射間并接一個電阻。此外，在實際應用中為防止柵極驅動電路出現(xiàn)高壓尖峰，最好在柵射間并接兩只反向串聯(lián)的穩(wěn)壓二極管，其穩(wěn)壓值應與正負柵壓相同。
各引腳功能如下：
腳1（VIN+）正向信號輸入；
腳2（VIN-）反向信號輸入；
腳3（VCG1）接輸入電源；
腳4（GND）輸入端的地；
腳5（RESERT）芯片復位輸入端；
腳6（FAULT）故障輸出，當發(fā)生故障（輸出正向電壓欠壓或IGBT短路）時，通過光耦輸出故障信號；
腳7（VLED1+）光耦測試引腳，懸掛；
腳8（VLED1-）接地；
腳9，腳10（VEE）給IGBT提供反向偏置電壓；
腳11（VOUT）輸出驅動信號以驅動IGBT；
腳12（VC）三級達林頓管集電極電源；
腳13（VCC2）驅動電壓源；
腳14（DESAT）IGBT短路電流檢測；
腳15（VLED2+）光耦測試引腳，懸掛；
腳16（VE）輸出基準地。
HCPL-316是一款簡單易用的智能型IGBT驅動光耦，集成了VCE飽和壓降檢測，欠壓鎖定，軟關斷以及隔離故障反饋輸出。
對于316J的說明資料，網(wǎng)絡上很多，大家多多了解
言歸正傳，上傳本控制板接線說明
部分說明：
1. 50/60Hz切換，此功能是后面添加的，U5的3腳接5V是60Hz輸出，此腳懸空為50Hz
2. 開機/關機，CN2的6腳懸空為開機，接地為關機，次功能為UPS市電/逆變切換所用
3. 功率調節(jié)，是調節(jié)輸出功率的最大值，最大值時，正弦波的頂部與底部會出現(xiàn)直線，說明已經(jīng)在限制輸出功率了
CN1:供電與控制
1. VFB為輸出電壓反饋信號，穩(wěn)定輸出電壓的作用
2. GND供電負極
3. IFB輸出電流反饋信號，控制總電流大小
4. SD保護輸出，控制前級升壓開關，正常工作0V,保護5V輸出
5. 供電，15至30V單電源供電
CN2:燒寫與顯示
用于程序燒錄，另外可以直接接上LCD128*64顯示屏，直接顯示參數(shù)
1. 時鐘線
2. 數(shù)據(jù)線
3. GND供電負極
4. +5V輸出，為顯示屏和燒寫器提供5V電源
5. vpp
6. 開關，懸空控制板為開，接地控制板為關
配套輸出電路圖
模塊外形
IGBT接線圖
實物焊接
顯示屏的接線圖
首先焊接了兩塊板，焊好準備接線調試了！
顯示屏點亮了
15V輸入測試電流0.31A
24V輸入測試電流0.20A
30V輸入測試電流0.15A
接下來測試功率管的G.S波形，從左到右依次如下圖
現(xiàn)在測試SPWM的死區(qū)波形
死區(qū)時間2us，與我們設計的一樣
下一步接上輸出供電和輸出LC濾波網(wǎng)絡測試
線路已接好
母線供電與驅動電源一樣24V試機
哈哈正弦波出來了！
下面就開始準備360V直流電源，輸入看看帶載和輸出波形如何。
今天終于又焊接好了一塊板，接上母線高壓360V看圖片
看看頻率，50Hz很準的，再調調輸出功率控制，也是可以控制的，接下來研究恒功率啟動程序了
開機視頻1：https://v.youku.com/v_show/id_XNDg1NTQwNDE4NA==.html?x=&sharefrom=android&sharekey=1d288795f2bc29b43c110be09dd95fa98
開機視頻2：https://v.youku.com/v_show/id_XNDg1NTQwNjc1Mg==.html?x=&sharefrom=android&sharekey=66d7185df00c53efe7fd0112e483ed994
第一版的20張PCB已發(fā)行完畢了，第二版又開始了，做了改動，就是把反饋調壓的幾顆元件設計到控制板上了，
板子尺寸大小還是一樣不變：15*6.5cm
月底此樣板可以到位，再焊接起來繼續(xù)大功率帶載
與此同時，大功率同步升壓IGBT模塊2000A驅動板http://www.daogou-taobao.cn/bbs/2488282.html 也啟動了，就是高頻正弦波前級升壓，
電路拓撲結構：BOOST升壓電路原理，我們知道大部分光伏逆變器的前級電路，DC-DC電壓轉換都是采用boost升壓結構的形式，其主要由升壓電感，二極管和電容組成。
大功率同步升壓IGBT模塊2000A驅動板原理圖
大功率同步升壓IGBT模塊2000A驅動板電路板圖
歡迎一起來互相學習
接下來我們討論一下取樣電阻（分流器）
如上圖中的分流器（75mV）,這顆電阻其實就是感應的母線電流，由于本控制板做出的是大功率輸出，就不可能用單股多股康銅絲來做了，而是使用分流器或者大功率霍爾互感器了，分流器經(jīng)濟實惠，所以本人選擇了分流器使用，不一樣的功率，選擇不一樣電流的分流器。
分流器的選取方法=輸出功率/母線電壓，比如10KW輸出功率，母線電壓為380V,母線電流就是10000W/380V=26.3A,這時候大家可以買30A的分流器接上即可，其實市面上的分流器過載能力是很強的，不用考慮會燒斷。
控制板上的功率調節(jié)，順時針為輸出功率大，反時針為輸出功率小，在反時針調節(jié)中，如輸出波形在發(fā)生變化，上下會出現(xiàn)平頂，此時既是輸出功率在控制了，如果程序支持欠壓輸出保護的話，3秒就能關閉正弦波輸出。
逆變器在工作的時候為（恒電壓工作模式），逆變器的輸出保護; 本來嘛，本控制板已經(jīng)有IGBT短路過流保護（HCPL-316直接檢測，集成了VCE飽和壓降檢測，欠壓鎖定，軟關斷以及隔離故障反饋輸出）功能，再加上主電流沖擊過流保護；不過主電流過流保護是控制輸出的一開一關，這樣輸出波形會由正弦波慢慢頂部和底部壓縮變?yōu)榉讲ǎㄅcEG8010過流控制一樣）。
在過流時不改變正弦波波形形狀，改變正弦波的上下幅度（恒電流工作模式），正弦波變?yōu)榉讲ǎ行裕姍C，空調）類電氣在啟動沖擊時電流特別大，易炸管；如果此時改用正弦波工作，電流就會很小，同時輸出電壓也不能低于180V（太低電器不支持低壓工作）。意思是沖擊工作電壓范圍180-220V,簡稱：（恒流工作模式）降壓啟動。
新版來了
部分功能說明：
1. 50/60Hz切換: 通電默認為50Hz，R1焊接5.1K電阻，為60Hz；
2. 開機/關機轉換：通電默認為開機，U5的10腳接地為關機，此功能為UPS市電/逆變切換所用，啟動為快起模式；
3. VR1功率設定：是調節(jié)輸出功率的最大值，最大值時，正弦波的頂部與底部會出現(xiàn)直線，說明已經(jīng)在限制輸出功率了；
4. VR輸出電壓設定：是調節(jié)輸出交流電壓，用萬用表測試輸出電壓，設定為230V即可；
CN1: 直流供電輸入
1. VCC供電，+13V至30V單電源供電;
2. GND供電負極
CN2: 控制
1. VFB為輸出電壓反饋信號，穩(wěn)定輸出電壓的作用
2. GND供電負極
3. IFB輸出電流反饋信號，控制總電流大小
4. GND供電負極
5. SD保護輸出，控制前級升壓開關，正常工作0V,保護5V輸出
CN3: 燒寫與顯示
用于程序燒錄，另外可以直接接上LCD128*64顯示屏，直接顯示參數(shù)
1. CLK時鐘線
2.DAT 數(shù)據(jù)線
3. GND供電負極
4. +5V輸出，給顯示屏和燒寫器提供+5V電源
5. vpp燒寫程序用
注意：控制板的負極與高壓母線的負極一定要可靠相連接，再就是電壓反饋一定要接200K電阻后才可以接入控制板取樣
不同之處在于輸出電壓調節(jié)已設計到控制板上了，方便大家接線
輸出線路圖
控制板原理圖
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