主电路设计原理图

主电路主电路原理电压型PWMPWMPWMPWMPWMPWMPWM耗，因此目前较少使用。主电路原理图主电路参数计算直流侧电容电压的计算采用三相交流电源（380V,50Hz）供电，则直流侧电压值可按下式计算：V U Vc m ,其中U m ,为供电相压幅值，M为调压比，c 为单个电容电2 M 2M=1

Vc

311V ，此值式单个电容电压222V即c 越大，变化越快i2

。所以考虑25%的裕量，则单个电容电压为；Vc 3111.25 389V ,2所以直流侧电容电压V 389 2778V 。c直流侧电容容量的计算PWMUcmax

tC

icmax

t，则有C Ucmax

icmaxC为直流侧电容值，取1/4icmax

为流过电容的电流最大值。icmax

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icmaxV

，我们取：Ucmax

2.5%

c 10V t0.005s.2经计算，

icmax

60A30Mf/150V.系统仿真在下面的系统仿真中，各参数取值如下电网相电压:Us 220 /50Hz ;直流侧电容:Cd1 Cd2 30mf ;直流侧电容参考电压:Ucd1 Ucd2 389V ;输出电感:L=1.1mH;输出电容:C=38mF;负载:ZR 2.9,ZL 5mH ,Zc 500uF 。驱动电路驱动电路原理在设计D-STATCOM驱动电路时选用的SCALE 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。2SD315A2SD315A(1)DSP控制器2SD315A(2)2SD315A(3)D-STATCOM主电路逆变桥图1.1驱动电路原理框图2SD106AD-STATCOM的驱动电路2SD106A集成驱动器。从DSP控制器输出的SPWM波可以直接作为驱动器的输入，SPWM波经驱动电路后直接驱动D-STATCOM电路功率开关器件IGBT。驱动电路原理图2.1++1114VDDGNDSO1VLRC1InAInBRC2MODS02GNDVDCC1Rth1E1G16802*1N400722k4.7V2047pFSPWM使能端47pFC2Rth2E2G26802*1N400722k20+15V2.1驱动电路原理图2.1中带死区的PWMMOD输入端接RC1RC2InAInB为两路PWM输VL/Reset+15V5.1V的稳压管IN4733InA/B3.3VVL/ResetSO1SO2独立工作，控制器可以检测到其错误状态，并进行相应处理。由上述驱动电路生成两路带死区的PWM波形此时示波器探头衰减10倍容易看出2SD106AI输出的两路驱动信号的幅值为15V，死区时间由微控制器产生，软件设计为6 s。根据上述驱动电路设计，用器2SD106AI模块来驱动IGBT，需要注意的是驱动电路应尽可能靠近IGBT安装，同时IGBT与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IGBT模块的E端。2SD106AI2SD106AI工作电源及印刷电路板(PCB)设计要求2SD106AI有两路相互隔离的电源供电，即VDD和VDC这两路电源一路为逻辑驱动接口电路使用，另一路为模块内部DC/DC开关电源使用因此在设计2SD106AI 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。在设计驱动电路的过程中，PCB板的布局与走线也是值得注意和重视的问题。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用和驱动电路的驱动性能的就是PCB2SD106AI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 (强电部分所以在制作PCB时要注意弱电、强电之间布线的隔离问题以及强电之间的表面趴电距离。可以采取弱电和强电部分分区布线的办法。另外，当 PCB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 IGBT块的距离应尽可能的短。上电复位电路2SD106AIInB2SD106AI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，电路会出现“死锁”现象，不能工作。为了解决上述“死锁”现象，设计了如图 2.2所示的上电复位电路VCCCWCCCWR140106状态输出 1R24093RA401062使能端31B24093C2C1图2.2 2SD106AI上电复位电路电路中S为故障复位按钮，它的作用是当电路排除故障后，按下S，将B点电平拉低，4093(2)输出变为高电平，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，既要使电路在上电的瞬间能正常工作，又要使电路上电工作后 2SD106AI 的使能信号受状输出信号的控制，而不再受上电复位电路的影响。其基本工作原理是：在上电瞬间，A、B两点均为低电平，4093(2)被封锁，此时不管状态输出信号是高电平还是低电平，使能端信号始终为高电平，实现了 2SD106AI 的正常上电工作。之后，电源电压V

通过CW 、R、R对电容C、C充电，CC 1 2 2 1随着A、B两点信号电位的逐渐上升，当A、B两点中的任意一点电位达到4093的门槛电平时，4093(1)的输出发生翻转。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2SD106AIVL4.7V的稳压二极管。死区时间tt t ，根据所选IGBT的参数知：on offt250300550ns（3.1）由SCALE 集成驱动器手册死区时间与RC 网络的关系表取死区时间为，对应的RC 网络值为：R,C120PF由于所选IGBT的U ，所以：CE(sat)Rth Vth

2.5

25K150uA 150缓冲电路缓冲电路的工作原理3.10IGBT的安全工作区、有缓冲电路和没有缓冲电路的工作曲线。当它也会增大器件的关断损耗，缩短器件使用寿命。i C 电路

无缓冲电路安全工作区U vC CE图3.10IGBT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3.1AB型结型、D型能有效抑制高的尖峰电压，但结构复杂、成本高。此外，D型还存在CRCD冲电路。A型 B型C型 D型3.11四种类型缓冲电路结构图图3.12为采用钳位式RCD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S3.13RCDL为缓冲电路的等效电SS S 感，C为缓冲电容，D为缓冲二极管，R为缓冲电阻。钳位式RCD缓冲电路在IGBT导通期间，电容被冲至直流侧电U 。当IGBT关断时，逆变器S S CCECE流环路分布的杂散电感使其集电极、发射极上的电压V 迅速上升超过缓冲电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上的能量，减小V 上升的幅值。第一个尖峰电压是由缓冲电路的杂散电感和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CECEU ，为下次关断做准备。C缓冲电路原理图LLBLSCsVCEDs+U-CiLZLRs图3.13缓冲电路工作原理图缓冲电路的参数计算根据上述分析可以近似得到下式V

(t)U

1/CToffi(t)dtCE C 0（3.1）

(t)U L di(t)/dtCE C BC

off

为关断时