主电路设计原理图

1、 主电路1 主电路原理PWM电压型变流器的直流侧接有大电容，在正常工作时，其电压基本保PWM持不变，可看作电压源；电流型变流器的直流侧接有大电感，在正常工PWM作时，其电流基本保持不变，可看作电流源；对于电压型变流器，为保PWM持直流侧电压不变，需要对直流侧电压进行控制；同样对于电流型变流PWMPWM变流器相器也需要对直流侧的电流进行控制。电流型与电压型PWM比，不会因为主电路开关器件的直通而发生短路故障。但是，电流型变流器直流侧大电感上始终有电流流过，该电流将在大电感的内阻上产生较大的损耗，因此目前较少使用。2 主电路原理图3 主电路参数计算3.1 直流侧电容电压的计算采用三相交流电源（ 3

2、80V,50Hz）供电，则直流侧电压值可按下式计算：VUV,其中U, 为供电相压幅值，M 为调压比，为单个电容电cmMc22m V 220 2 311 V压值。如果满调制 M=1，则，此值式单个电容电压c2的最小值。显然，系统要向电网注入有功和谐波电流时，直流侧的单个电容电压必须大于311V，并在此基础上，并直流侧电压越大，补偿电流的跟随性能越好，V即 越大， 变化越快i 。所以考虑25%的裕量，则单个电容电压为；c2cV 311 1 .25 389 V,c2 389 2 778 V所以直流侧电容电压 V。c3.2 直流侧电容容量的计算直流侧电容电压在允许的范围内当然越大越好，但电容过大会增加

3、装置的成本。直流侧电容的计算一般按照系统极限状态来计算。如果在某一 PWM 周期内电容始终处于充电或放电状态，直流侧电容电压的最大允许偏差值为 tt U，则有Cii Uc maxCccmaxm axc m axiC 为直流侧电容值， 取 1/4 个工频周期；为流过电容的电流最大值。cm axi的计算可根据并联侧变流器容量来计算 ,当变流器输出功率为设计容量cm axi是，其输出电流即为，我们取：cm axV U 2 .5 % 10 V t 0 . 005 sc.2c max 60 A经计算， i，所以电容取 30Mf/150V.cm ax3.3 系统仿真在下面的系统仿真中，各参数取值如下： 2

4、20 / 50 Hz电网相电压: U;s C 30 mf直流侧电容:C;d 1d 2 U 389 V 500直流侧电容参考电压: U;cd 1cd 2输出电感:L=1.1mH;输出电容:C=38mF; 2 .9 Z 5 mH负载: ZZ,uF 。,RLc 驱动电路1 驱动电路原理D-STATCOMSCALE在设计驱动电路时选用的器件的型号为2SD106A 2SD106A，的工作方为半桥方式。驱动电路的原理框图如图 1.1所示。2SD315A(1)D-STATCOM主DSP控制电路逆变2SD315A(2)桥2SD315A(3)图 1.1 驱动电路原理框图2SD106AD-STATCOM具有两个驱

5、动通道， 因此在设计的驱动电路2SD106ADSPSPWM时需三个集成驱动器。从控制器输出的波可以直SPWMD-STATCOM接作为驱动器的输入，波经驱动电路后直接驱动主电路功率开关器件IGBT。2 驱动电路原理图2.1 半桥模式的驱动和保护电路的原理图如图 2.1 所示。 V51+kk5011VDDGNDSO1VL68022k2*1N4007RC1InAInBRC2MODS02GNDVDCG120SPWM使能端68022k47pF2*1N4007G220+15V图2.1 驱动电路原理图2.1图 中带死区的PWMMOD +15V信号由控制芯片内部产生， 输入端接 ，RC1 RC2 InA In

6、B同时 和 接地，保证驱动处于直接模式。 和 为两路PWM 输VL/Reset入端，+15V 5.1V通过一个上拉电阻接 ，并通过一个 的稳压管IN4733InA/B3.3V引脚直接输入 逻辑电平时，只有VL/Reset接地，实验证明，当SO1 SO2引脚稳定在合适电压时，驱动模块才能正常工作。状态输出信号 和独立工作，控制器可以检测到其错误状态，并进行相应处理。PWM 10由上述驱动电路生成两路带死区的 波形，此时示波器探头衰减 倍，容易看出2SD106AI器产生，软件设计为15V输出的两路驱动信号的幅值为 ，死区时间由微控制6 s。根据上述驱动电路设计，用器 2SD106AI模块来IGBT

7、驱动 ，需要注意的是驱动电路应尽可能靠近IGBT 安装，同时IGBT与模IGBT驱动电路应采用双绞线连接，参考电阻、参考电位必须尽可能地接近E块的 端。2.2 应用 2SD106AI 设计驱动电路时应注意的问题1 2SD106AI( )PCB工作电源及印刷电路板 ( )设计要求2SD106AIVDD VDC有两路相互隔离的电源供电， 即和 。这两路电DC/DC源一路为逻辑驱动接口电路使用， 另一路为模块内部开关电源使用。2SD106AI因此在设计的供电电源时要充分考虑到这一点，为了使2SD106AI正常工作，应设计两路单独使用的供电电源。 PCB在设计驱动电路的过程中，板的布局与走线也是值得注

8、意和重视的问题。当模块的外围电路及参数设计好后，决定所设计的驱动电路能否应PCB2SD106AI模块的用和驱动电路的驱动性能的就是板的设计了。由于输入部分属于弱电部分，而输出部分直接与电力电子器件连接 (强电部分 )，PCB所以在制作时要注意弱电、强电之间布线的隔离问题以及强电之间的PCB表面趴电距离。可以采取弱电和强电部分分区布线的办法。另外，当板制作好后，要进行强电部分的表面趴电距离测试，以确保驱动电路的安全IGBT运行。此外，为了防止干扰，提高驱动信号的可靠性，从驱动板到模块的距离应尽可能的短。2( )上电复位电路2SD106AI为了使上电时能正常工作， 即在上电工作时， 使使能端 In

9、B2SD106AI信号为高电平，2SD106AI的上电复位电路比不可少。 在使用中如果直接将的状态输出信作为使能信号， 则在上电工作时， 由于上电后的错误信息总是保存在驱动模块的错误寄存器中，因此状态输出信号为低电平。这样导致的结果是电路刚上电开始工作时，使能端信号为低电平，电路会出2.2现“死锁”现象，不能工作。为了解决上述“死锁”现象，设计了如图所示的上电复位电路VCC140106状态输出1R240106使能端A2R123B4093SCC21图 2.2 2SD106AI 上电复位电路S电路中 为故障复位按钮，它的作用是当电路排除故障后，按下S，将B4093(2)点电平拉低，输出变为高电平，

10、电路又能正常工作。按钮弹起后，对整个复位电路没有影响。上电复位电路的主要功能是，既要使电路在上电 2SD106AI的瞬间能正常工作，又要使电路上电工作后的使能信号受状态输出信号的控制，而不再受上电复位电路的影响。其基本工作原理是：在上A B电瞬间， 、 两点均为低电平，4093(2)被封锁，此时不管状态输出信号2SD106AI是高电平还是低电平，使能端信号始终为高电平，实现了的正常上电工作。之后，电源电压 V 通过CC、 R 、 R 对电容 C 、 C 充电，CW1221A BA B随着 、 两点信号电位的逐渐上升，当、 两点中的任意一点电位达到4093(1)的输出发生翻转。4093的门槛电平

11、时，3 驱动电路参数计算逻辑电平、死区时间和 Rth 的确定驱动电路的逻辑电平定义为 TTL 逻辑电平，所以在 2SD106AI 的 VL 端接了 4.7V 的稳压二极管。死区时间，根据所选 IGBT 的参数知：t t tonofft 250 300 550ns（3.1）由 SCALE 集成驱动器手册死区时间与网络的关系表取死区时间为网络值为： , 。R 15K C 120PFRC，对应的1.1sRC由于所选 IGBT 的U，所以： 2.5VCE(sat)Vth150 uA2 .5Rth 25 K 150 缓冲电路1 缓冲电路的工作原理逆变电路中的功率开关器件在突然关断的时刻，分布在电路中的杂

12、散电感会在功率器件上产生瞬时过电压，它的幅值与杂散电感量、电流下降率成正比。图3.10IGBT给出了的安全工作区、有缓冲电路和没有缓冲电路的工作曲线。当逆变电路的直流侧布线不合理或者工作电流较大时，关断尖峰电压会超过功率器件的额定电压，造成器件损坏。即使关断尖峰电压没有超过功率器件的额定电压，它也会增大器件的关断损耗，缩短器件使用寿命。 有缓冲电路无缓冲电路iC安全工作区vUCEC图 3.10 IGBT 的安全工作区、有缓冲电路和没有缓冲电路的工作曲线抑制关断尖峰电压的缓冲电路主要有四种类型（如图3.11 A B）， 型、 型结C构简单、成本低，但抑制尖峰电压能力不强，主要用于中小功率逆变电路

13、中。DD型、 型能有效抑制高的尖峰电压，但结构复杂、成本高。此外， 型还存在C功耗大，不宜用于高频的逆变电路的缺点。 型缓冲电路也称为钳位式RCD缓冲电路。A 型B 型C 型D 型图3.11 四种类型缓冲电路结构图3.12RCD图为采用钳位式缓冲电路的一个典型的关断电压波形。 图 3.12 带缓冲电路 IGBT 的典型关断波形3.13RCDL图为钳位式缓冲电路工作原理图。图中 为缓冲电路的等效电SCDRRCD感， 为缓冲电容， 为缓冲二极管， 为缓冲电阻。钳位式缓冲电关断时，逆变器直迅速上升超过缓冲电SSSIGBTIGBT路在导通期间，电容被冲至直流侧电压 。当UCV流环路分布的杂散电感使其集电极、发射极上的电压CE容上的电压，缓冲二极管正向偏置，缓冲电路开始工作，缓冲电容吸收杂散电感V上的能量，减小上升的幅值。第一个尖峰电压是由缓冲电路的杂散电感和CE缓冲二极管的前向导通引起的，可以采用无感元件和快速二极管减小峰值电压。V第一个尖峰电压过后，缓冲电容开始充电，再次上升，关断过程结束时，缓CE冲电容上的电压上升到第二个峰值，然后电容通过缓冲电阻开始放电，电压回到U ，为下次关断做准备。C2 缓冲电路原理图iLBLCsSDsi+ULC-ZRsL图 3.13 缓冲电路工作原理图 3 缓冲电路的参数计算根据上述分析可以近似得到下式(t) U 1/C i(t)dtV ToffCE