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IGBT 的关断与接通都存在一些的问题
关断的问题:1.关断损耗 2.关断过电压 3.关断过程中微分热阻带来的局部热击穿
接通的问题:1.并联ZVS电容下接入的时机 2.共态导通问题 3.反向恢复的问题
借助串联谐振回路，使得 IGBT 的工作条件大为改善：


1.   串联全谐振变换器曾经是上世纪60-70年代最流行的变换器，只要给出合适的死区时间，即可实现很好的软开关变换。 现代的数控技术给这一经典的变换电路增添了不少活力，在控制方面解决了很多以前难以克服的困难，工程上应用它的关键技术问题有三个：
.    ZCS 频率追踪控制（随负载、电源漂移而调整工作频率，让换相始终处于接近零电流下的弱感性）
.    ZVS 死区追踪控制（因负载电流不同而调整死区，实现零电压接通，接近零电压关断）
.    ZCS_ZVS 交替追踪控制（既实现频率追踪又实现动态死区，具有良好的负载特性与调功特性）



2.     关断过压问题；     既使ZVS电容较大（103），当分布电感较大时在荷载下关断，仍然会在开关上激起高于电源几百伏的浪涌电压，震荡频率大约能达到几兆，震荡衰减很快，但强烈的震荡也给开关带来了显著的额外损耗，改善的关键措施在于降低分布电感、放置较大的浪涌电流吸收电容（105-106）；
荷载下关断过压 1  （ZVSC=103)

荷载下关断过压 2  （ZVSC=103)



3.    ZVS 初步设定；   假设 IGBT 下降时间为 180nS ，那么荷载下的过渡时间应设为多少？比如过渡时间设定为 1 - 1.5uS ，当然关断损耗比较小，但是这样的话，在空载下不能实现软过渡，看到了严重的硬开通；
空载下严重的硬开通，散热器很快就烫手了 （ZVSC=104)

荷载下的良好过渡   （ZVSC=104)

荷载下的艰难过渡 1 （由于过度太快，关断损耗大 ZVSC=223)

荷载下的艰难过渡 2  （由于过度太快，关断损耗大 ZVSC=223)



4.    ZVS 关断损耗问题     在最坏情况下，初级电流波形是锯齿波，关断完全发生在最高的峰值处，IGBT的关断损耗可能达到整个开关损耗的90%以上；如果没有 ZVS 过程，那么IGBT甚至没有VMOS的输出平均功率大！然而我最近不仅学会了使用ZVS过程，而且把它继续推进到了几乎让人难以置信的程度-------我将CBB474直接并联到IGBT上进行缓冲；
荷载关断过程   (△V 只有 30V 小浪涌电压  ZVSC=474)

在相同时基下的空载关断过程                (ZVSC=474)



5.   ZVS 下的硬接通问题；     硬接通问题是一个较难处理的问题。在没有荷载的情况下，焊机长时间工作，察看一下散热器的温度，马上就意识到问题的严重性，有时空载下居然达到了温度开关保护的程度！虽然 IGBT 硬接通要比硬关断坚强地多，但是来不及散出的热量就直接威胁到了关断过程的安全。处理这一问题的关键在于实现动态死区；
空载下含有很少量硬开通的过渡 1 (ZVSC=103)

空载下含有很少量硬开通的过渡 2 (ZVSC=103)

空载下几乎没有硬开通的过渡 2 (ZVSC=103)

空载下几乎没有硬开通的过渡 3  (ZVSC=103)

较好的过渡  (ZVSC=103)

含有硬接通的过渡 (ZVSC=103)

良好的 ZVS 过渡一定是线性的 (ZVSC=103)



6.     ZVS 动态死区    超越固定死区的桎喾、超越小ZVS电容的束缚，放置ZVS电容104 ，使边沿谐振的关断与接通不再残酷！
空载下的慢过渡 1 （5uS) (ZVSC=104+103)

荷载下的快过渡 1 (750nS) (ZVSC=104+103)

空载下的慢过渡 2 （5uS) (ZVSC=104+103)

荷载下的快过渡 2 (750nS) (ZVSC=104+103)



7.     ZVS 动态死区   超越固定死区的桎喾、超越小ZVS电容的束缚，放置ZVS电容474 ，使边沿谐振的关断与接通不再残酷！动态死区可以做到 25uS 以上，感亢降压模式可以极高的开关效率连续工作；
良好的空载过渡 1 （ZVSC=474)

良好的空载过渡 2 （ZVSC=474)

良好的空载过渡 3 （ZVSC=474)

荷载载过渡 1 （ZVSC=474)

荷载载过渡 2 （ZVSC=474)

相同时基下的对比----空载过渡 （ZVSC=474)

ZVS电压与电流的相位关系



8.  串联谐振_ZVS 模式   三角波电流激励负载，谐波分量高于正玄波；选择合适的隔直电容，避免发生容性换向，输出电流靠初级感亢降压抑制，借助于重 ZVS 缓冲过程和动态死区控制，可实现很高的转换效率；  缺点有：1.调频范围太宽，产生一些意想不到的问题，如进入可闻声限等；2.初级有无功电流，回路利用率不够高；3.当初级电感太小时，可能因负载抖动产生很高的di/dt ，威胁到IGBT 的安全；4.一个十分重要的问题是减小流过 IGBT  无功功率的问题，显然在有限容量的开关器件中存在无功分量减小了可用功率，无功电流与无功电压都是重要的因素,但是完全失去无功分量后，就不存在“软开关”了，ZVS方式减小了开关损耗，但是却没有设法减小无功功率分量；
电容部分放电后的变压器（及附加电感）电压（电容206）

负载回路的电流 （互感器 0.1A/mV)



9.   串联谐振_ZCS 模式   很好的正玄波电流激励负载，谐波分量最少；让电容与电感发生少量或深度的的串联谐振，换向在荷载下趋向于 ZCS-ZVS ，既使只使用简单的固定死区时间，只要给出的死区余量较大，也能极大地改善 IGBT 在重功率下的换向条件；这是实现重功率的主要手段，实现良好的换相条件需要谐振电容的峰值电压等于激励电压的5-7倍，震荡频率谱系很纯，频率漂移也不快，非常适合数控，相信这是当今技术条件下实现重功率变换的唯一策略；
在深度谐振下的电感电压以及换向时机 (输入经过100:1电压互器）

在深度谐振下的电感电压与次级输出电容电压  
CH1:次级输出电容电压
CH2:初级电感电压(输入经过100:1电压互器）

频率追踪 01

频率追踪 02

频率追踪 03

频率追踪 04

频率追踪 05

频率追踪 06

频率追踪 07

频率追踪 08

频率追踪 09

频率追踪 10

频率追踪 11

频率追踪 12



10.   串联谐振 ZCS_ZVS 模式   ZCS 频率追踪、ZVS 辅助换相、调频调功；
电流波形 1

电流波形 2

电流波形 3

电压波形 1

电压波形 2

电压波形 3



11.  设计自己的嵌入性控制系统进入实验历程
在串联谐振变换实验中，我一直坚持使用18V的峰值电平来驱动IGBT的开启与关闭；我的逆变实验从2003年的下半年开始，虽然经历了无数的挫折，但是我始终相信这一驱动电平没有问题，一直到现在，我还是这个观点；最近 IR 新型的IGBT栅极击穿电压界限达到了30V,看来栅极驱动电压可能还要更高一些；高的驱动电压是减小导通损耗的有效手段，导通损耗热量是非常显著的，通常一个单管都达到70W以上；当然也只有在开关损耗很小的情况下才出现，否则将忙于应付开关损耗带来的可靠性问题，而无暇顾及这导通损耗了；
驱动波形 1

驱动波形 2



实现目标的基础问题
1.实现在重功率下深度谐振，降低换向时开关应力，并实施频率追踪以充分降低串联谐振回路的复阻抗来降低无功功率；
2.实现在几乎所有情况下，换向时负载回路都呈感性；
3.实现在不同负载下的动态死区调节，以减少空载、小载下的接通损耗；

实际上难以克服的困难：
1.谐振电容器发热严重，电压也很高，经常爆浆、炸裂；
2.电感器绕组因趋肤效应导致发热严重，闭磁路不能实现，开磁路对周围元件影响严重，铁氧体磁芯在开磁路下仍然达到很高温度；
3.当需要实现的目标功率小时就很不划算：控制本身复杂、用料成本高、体积也不能做太小；

选择它的理由：
1.重功率变换的必经之路，静电除尘、高频点焊、电解电源、功率超声的首选电路结构；
2.可靠性高
3.功率可扩展性强，功率轻松扩展到兆瓦级，理由是很容易通过多个独立谐振回路多相合成，均流误差 < 5%
4.在大功率下成本低

我个人的主观倾向：
1.在大、中等功率下是最易于实现高可靠性的电路结构，出于可靠性考虑奋斗路程较短
2.比较易于结合数控，电路结合数控后有很多特色，如调频、离散、多相合成等
3.我所开发的某几种机器别无选择地应用这一结构，我也就比较熟悉一些，有亲近感
4. 我看待产品设计的侧重：性能>可靠性>可扩展性>成本


数控技术是非常领先的，另外我们的开发能力很强，不单单是电路开发，还擅长模具、塑料件、钣金件、结构件等的开发；
1.一流的低损软开关追踪控制方案
2.功率通道全面的自诊断故障分析
3.成熟的现场编程技术（AVR、ARM）
4.机电一体的开发平台（CAD、PRO/E 、PROTELL）
5.提供非常有前景的松散型联合开发模式


.  成熟的插拔式的数字控制器（单板8路独立，200W驱动功率，支持阵列）



.  精确的冷却效率分析



.  整机的立体设计、性能的全面分析、评估



.  整机造型设计、扩展方案分析