H型双极模式PWM控制的功率转换电路设计

图2SKHI22AH4模块驱动IGBT的原理图

SKHI22AH4的主要电路保护功能设计：

1)短路保护功能

在C极和E极间容易出现短路的现象。短路时，电流增大，IGBT的功率损耗迅速增大(随着电流的平方增大)，严重时会造成IGBT的损坏。因此，需要对IGBT进行短路保护。如图2所示，通过对C极和E极的电压的比较，就实现了对C极和E极间的短路保护。实现短路保护，就要合理确定Rce和Cce的值。具体步骤如下：

①确定Vces的值。Vces既不能过大也不能过小，过大会增加IGBT动态功率损耗，过小会减弱短路保护能力，一般取5.6V。为了减小IGBT的动态功率损耗，可以适当减小，但不能小于3.5V。这里取Vces=4V。

②确定Rce。由公式(1)求得Rce=13Ω。

③确定tmin。由SKHI22AH4模块的特性知，tmince=470pF。

2)互锁保护功能

SKHI22AH4模块具有互锁功能，以防止H桥同侧臂的2个IGBT同时导通。互锁功能就是：在H桥同侧臂的2个IGBT中，一个IGBT关闭后要有一段延时，另一个IGBT才能开通。互锁的锁定时间ttd=2.7+0.13Rtd(Rtd为互锁电阻)，2.7μs是由于SKHI22AH4模块中已经集成了一个互锁电阻产生。取Rtd=08，则ttd=2.7μs。

3)错误监测

SKHI22AH4模块具有错误监测功能，它可以对短路、过流、电压不稳等错误进行监测。当错误发生时，SKHI22AH4模块停止运行，并将错误信号存储在Errormemory中，直到错误排除，才能从新运行。

按照上述驱动电路设计，可得SKHI22AH4模块的驱动波形，如图3所示。

图3SKHI22AH4模块输入输出的波形图

H型双极模式PWM控制的功率转换电路

经过上述设计，得H型双极模式PWM控制的功率转换电路原理图，如图4所示。经实验测试得，图4所对应的功率转换电路中IGBT的ton=1.8Ls、toff=1.4Ls，则IGBT的开关时间为3.2Ls。

图4H型双极模式PWM控制的功率转换电路原理图

实验

设计完H型双极模式PWM控制的功率转换电路后，还要确定合理的PWM开关频率，才能进一步减小功率损耗、实现H型双极模式PWM控制在大功率伺服系统中的应用。

PWM开关频率的计算

合理的开关频率不但可以进一步减小功率损耗、提高效率，而且还可以使系统性能与连续系统的性能相差无几。综合来看，开关频率的确定，受到很多相互矛盾的因素决定：

①为了改善静摩擦对伺服系统低速性能的影响、使得电动机在零位处于动力润滑状态，因 此双极模式PWM控制工作时考虑微振特性的开关频率应满足公式(4);

②为了使开关频率不至于对系统的动态性能产生不良影响，频率应远大于伺服系统本身的 通频带fc，一般应满足经验式(5);

来源：电子发烧友