igbt中频电源节能优势完整

IGBT中频电源的节能优势

我国是铸造大国，铸铁件年产量几年来均居世界各国之首位，而其能耗在成本中所占比例却比工业发达国家高出2—3倍，冲天炉的能耗占了其中的大部分。主要原因是小容量冲天炉所占比例太大，而其中采用烟尘净化和余热回收装置的微乎其微，实现高水平熔炼和计算机控制的更少了。我国铸铁生产车间一万多个，每个车间年平均产量不足1000t，冲天炉开炉时间短。在冲天炉结构方面，由于我国铸造厂点过多，限制了大容量冲天炉的使用。由于产量低，效益差，限制了性能优越的现代化冲天炉及其配套设备的采用。操作不当不但对冲天炉性能造成不良影响，也是增加冲天炉能耗和环境污染的重要原因，在我国为数众多的小容量冲天炉上，更是普遍存在的现象。中频技术应用于铸造行业给铸造推广高质量、高效率、节能环保、低碳的中、高频科技技术应用与中国的铸造行业，是保持中国铸造业可持续发展的一项重大举措。与传统的冲天炉熔炼相比，中频技术应用于熔炼、精铸诠释了科技的力量。

中频感应电炉经历了两次根本的变革，第一次变革源于20世纪60年代后期开发的晶闸管静态变频电源，第二次源于20世纪70年代中期开发的逆变变频及其控制技术。这样使中频感应电炉的优越性得以充分的发挥。随着大功率晶闸管变频电源的开发和可靠性的提高，中频感应电炉正在逐步替代工频感应电炉而在铸造业获得愈来愈广泛的应用。

中频电源的基本工作原理,就是通过一个三相桥式整流电路,把50 Hz的工频交流电流整流成直流,再经过一个滤波器(直流电抗器)进行滤波,最后经逆变器将直流变为单相中频交流以供给负载,所以这种逆变器实际上是一只交流—直流—交流变换器,其基本线路如图：

中频炉的感应加热原理，它是利用电磁感应原理将电能转变为热能，当交变电流i感应线圈时，感应线圈便产生交变磁通Φ，使感应中的工件受到电磁感应而产生感应电动势e。

感应电动势e = dΦ/dt

如果磁通Φ是呈正弦变化的，即Φ= -Φm sinwt

则 e = -dΦ/dt=-Φm sinwt

E的有效值E=ｆΦM (伏)

感应电动势E在工件中产生电流I, i使工件内部开始加热，其焦耳热为；

I--工件中感应电流的有效值（安）

R--工件电阻（欧）；

t—时间（秒）

中频电源从最初的发展到今天应用于铸造行业，电源种类从原理上可以分为两类，一传统的可控硅中频

电源，可控硅又分为并联和串联型（因串联可控硅的在现实实践中应用技术不成熟在这就不做分析），二是带有igbt（绝缘栅极型晶体管）串连谐振电源。铸造、淬火、热处理应用不同，需求的中频电源也有改变，通过原理和实践经验本文仅作对igbt中频电源与传统可控硅中频电源应用在熔炼这方面节能分析。节能优势是通过以下几点原理分析：

整流，逆变，功率因数与高次谐波以及恒功率输出。

整流

Igbt中频电源整流是采用三相半桥可控整流电路，此种整流电路只要三只晶闸管、只需三套触发电路、不需要宽脉冲或双脉冲触发。三相半控桥式整流电路比三相全控桥更简单、经济，而带电阻性负载时性能并不比全控桥差。电路如图所示。它是把全控桥中共阳极组的3个晶闸管换成整流二极管，因此它具有不可控和可控两者的特性。其显著特点是共阴极组元件必须触发才能换流；共阳极元件总是在自然换流点换流。一周期中仍然换流6次，3次为自然换流，其余3次为触发换流，这是与全控桥根本的区别。改变共阴极组晶闸管的控制角α，仍可获得0~Φ的直流可调电压。

由于igbt中频电源采用的是三相半桥可控整流方式，整流部分不调可控硅导通角，所以整个工作过程功率因数始终大于，无功率损耗小。

传统型可控硅（kgps）中频电源在整流上采用的是三相桥式可控整流，其原理图和半桥控制差不多，就是将半桥可控整流中的二极管更换为晶闸管，其控制复杂，导通角一般在0度——120度之间，导通角相比板桥可控整流小，6脉冲间隔60度整流控制电路，三相桥式全控整流电路共有六个桥臂,在每一个时刻必须2个桥臂同时工作,才能够成通路,六个桥臂的工作顺序如图3。现假定在时刻t1-t2(t1-t2的时间间隔为60o电角度，既相当于一个周波的1/6)此时SCR1和SCR6同时工作(图3(a)中涂黑的SCR),输出电压即为VAB。到时刻t2-t3可控硅SCR2因受脉冲触发而导通,而SCR6则受BC反电压而关闭,将电流换给了SCR2, 这时SCR1和SCR2同时工作,输出电压即为VAC,到时刻t3-t4,SCR3因受脉冲触发而导通，SCR1受到VAB的反电压而关闭,将电流换给了SCR3,SCR2和SCR3同时工作,输出电压为VBC,据此到时刻t4-t5, t5-t6, t6-t1分别为SCR3和SCR4, SCR4和SCR5, SCR5和SCR6 同时工作,加到负载上的输出电压分别为VBA,VCA,VCB,这样既把一个三相交流进行了全波整流,从上述分析可以看出,在一个周期中,输出电压有六次脉冲。这种整流电路由于在每一瞬间都有两个桥臂同时导

通,而且每个桥臂导通时间间隔为60,故对触发脉冲有一定要求,即脉冲的时间间隔必须为60,而且如果采用单脉冲方式,脉冲宽度必须大于60,如果采用窄脉冲,则必须采用双脉冲的方法, 既在主脉冲的后面60o的地方再出现

一次脉冲。

控制复杂，抗干扰能力差，同

步信号要求高，在现实维护及

维修繁琐复杂，经济适用型相

比半控要高，整流利用率低，

逆变

IGBT是电力晶体管{GTR}和电力

效应晶体管{MOSFET}的复合

体，它综合了GTR和MOSFET

的优点，因而具有良好的特性。

Igbt中频电源采用电容与igbt

模块控制单元串联形式连接电

路，因采用调频来调功，其特

点，逆变电压高，igbt你变电压

在2800V左右，传统可控硅的

逆变电压仅为750V,最大800V，

电压小了近四倍，线路损耗小

此部分节能15%。Igbt中频电源

逆变控制原理图如下图所示。

IGBT中频电源模块工作是采用的是栅极驱动模式，逆变过程是通过主板控制

将信号A和信号B传输给电源板，电源板通过独立电源供给栅极驱动独立电源及传输信号A、B来完成对模块的控制。栅极板驱动为IGBT模块正常工作，在实现控制电路部分与被驱动的IGBT隔离设计，以及适合栅极驱动的脉冲外还设计了部分保护元器件，在栅极控制的G极和E极之间增加了使栅极积累电荷泄放的电阻Rg，其阻值在使用中取得是欧姆的（Rg的选择是根据模块型号和栅源大小及负载选择的，因为当Rg增大时损耗发热控制，当Rg减小时，di/dt增高，可能产生误导通，损坏IGBT模块）。防止栅源电压尖峰损坏IGBT模块，在栅极板栅源侧增加了瞬态拟制二极管（TVS）实际中的驱动电压约为15V,故而选型SMBJ15CA型，在实际使用的工业环境中，栅极驱动保护依然有较高的失效率，为防止模块受杂波的干扰，在IGBT模块工作时还增加了浪涌和漏电流吸收装置保护模块。其控制模式瞬时速断性好，控制电源都是独立提供防干扰能力强。

由于这种电源是通过调节逆变器的工作频率来调节输出功率，整流器输出的直流电压是固定的，因此一台整流器可以同时带多个逆变器工作，在双向供电情况下，一台整流器同时向两台逆变器供电，可使二台电炉同时工作，而且二台电炉的功率可以自由分配。一般情况下，一台用作熔炼，一台用作保温。这是一种一拖二的中频熔炼设备是传统并联可控硅中频电源无法做到的，其优点在于熔炼保温能同时进行，减少了工作时间，增加了劳动效率降低劳动成本。

传统可控硅型中频电源并联逆变电路的负载是一个谐振回路，它的谐振频率基本上就是中频电源的工作品频率。其工作过程分四个阶段。

1. 如果先触发晶闸管T1,T3,则电流Id从P端经T1到负载，在经T3流向N端，这个阶段为中频交流电的正半周，此时补偿电容Cn两端充上了左正右负的电压Ua。

2. 晶闸管T1、T3导电半个周期后，再发出触发脉冲，触发导通晶闸管T2、T4这时造成了

四只晶闸管同时导通的“暂态短路”，但这并不会引起电源的故障，因为直流电路接有一个很大的滤波电感Ld，电流Id不能突变。由于电容器Cn被四只元件短接，其第一阶段充上的电压Ua就要放电，其电压极性，将促使晶闸管T1、T3电流下降，使晶闸管T2、T4的电流上升，直至T1、T3中的电流下降为零，T2、T4电流上升为Id

3. 换流结束后，电流经过T2、T4反向流过负载，电容器Cn两端的电压变为右正左负，此电压为第四阶段关断T2、T4做好准备，该阶段为中频电流的负半周。

4. 当晶闸管T2、T4导电半个周期后，再次触发T1、T3开始T1、T3与T2、T4的换流，其过程与第二阶段一样，所不同的是这次是将T2、T4中的电流换给T1、T3，不断的向负载供应中频电能，是震荡持续进行。

前面所述晶闸管的工作过程，是把元件看成理想化的，即元件有信号就导通，撤去信号就关断。而实际上元件换流是需要时间的。安全换流时间tr所对应的超前角α也不能太大,主要是考虑下面两个原因；(1)α角度增大,电容器两端电压Uc就要增高,这将受到电容器和可控硅所能承受电压的限制,在单相桥式逆变线路中,当直流输入电压为Ud,中频输出电压为Uc,则在Ud和Uc的有效值之间存在下述关系；Uc=cosα。从式中可以看出,在输入直流电压Ud相同的条件下,当α角度增大,则cosα值减小,Uc将增大,也既加于电容器和可控硅两端的电压将增高。这一点受到所选用的电容器即可控硅的耐压限制。(2)中频输入的有功功率与α的关系：中频输出的有功功率P=α。式中可以看出在相同的中频电压电流条件下ɑ角愈大,有功功率输出愈小,如果要保持一定的输出功率，则ɑ角度愈大,则必须使输出中频电压,电流愈大,这样恶化了可控硅的工作条件。

IGBT中频电源稳定工作在直流500V电压状态，调频率控制功率，不存在启动问题，IGBT具有自关断能力，通过对基极G的控制，可在任何时候令其瞬间通断，不想晶闸管那样需要关断时间，因此电路结构简单、可

靠、负载功率因数高。传统可控硅中频电源是通过调压调功，调压控制在采取电压信号，再反馈的过程中，有一定的时间滞后性，导致可控硅工作过程中的滞后性，且导通角小和IGBT模块快速导通、断开相比，同时间内IGBT电源输出功率多。

高次谐波

IGBT双向电源由两个IGBT半桥串联逆变器并联组成，IBGT双向供电电源采用12脉波二级管桥式整流电路，能够较好的抑制电网谐波的产生。通常的6脉波桥式整流电路在工作时对电网产生5次、7次、11次、13次和更高的谐波干扰电流，这些谐波电流的大小分别是工频基波电流的1/5、1/7、1/11和1/13。由于中频电源的输出功率较大，如果采用三相6脉波桥式整流电路，它们工作时产生的谐波干扰可能造成当地电网谐波超标{取决于当地电网的短路容量}，或导致某些精密设备和仪器无法正常工作。采用六相12脉波桥式整流电路后，通过变压器的特殊接线方法，5次。7次谐波电流将在变压器内部相互抵消，从而使对电网的谐波干扰大幅度降低。12脉波整流电路的最低谐波是11次，大小是工频的1/11。

可控硅设备产生的谐波为多。可控硅整流器即使在理想状况下运行（即三相交流系统完全对称，直流侧平波电抗器的感抗为无穷大，换流电抗等于零），从变流技术方面分析得出：整流变压器付边绕组流过全方波电流，与之相对应的原边绕组流过梯形波电流，这说明电流波形发生畸变。通过谐波分析可知：对于三相全控桥6脉冲整流器，变压器原边及供电线路含有5、7、11……次谐波电流；如果采用12脉冲整流器，也还有11、13、23……一次谐波电流。

恒功率输出

IGBT中频电源调频调功相对于传统可控硅中频电源调压调功，它不受炉料多少，炉衬壁薄厚的影响，在整个熔炼过程中恒功接近率输出。传统可控硅中频电源热过程中受磁感量变化大的影响起初熔炼功率小，影响熔炼速度，可控硅电源的功率是随着熔炼时间及磁感量变化而变化的，由小功率慢慢提高到大功率运行的过程，降低了变压器的容量利用率提高了生产成本，在这一点上能节能3%——5%左右。

其他

在实际应用中，IGBT中频电源设备相对于传统可控硅设备来说对环境的要求要高，通常对环境的要求是干燥、无尘、低温。对电盘采用独立搁置，内部电源水循环采用内循环封闭水冷以及蒸馏水冷却，保证内部水循环有足够的水流量降温，因为IGBT中频电源工作在高压环境中，普通水杂质多，采用的话，会因为高压产生水电离，将设备铜排腐蚀结垢，水路堵塞烧坏电子元器件。IGBT模块部分功率输出大，温度高，降温是采用铝塑水盒通水降温，冷却效果好，可控硅中频电源对环境要求低，允许工作在无电磁场，无导电灰尘、干燥环境中。因工作电压不高对水路要求不高，只要保证水流量和水中无杂物（防止堵塞冷却水管将电子元器件烧坏）。

在启动性能上相比的话，IGBT中频电源工作在一个稳定的直流电源下，百分百的启动成功率，受调频调功影响负载能力高并且可以实现一拖二两个炉头一块工作，频率高，可调性好也是它的优势。传统可控硅工作电压低，并联电路存在启动问题，磁感量变化大的话难以启动，功率小，重载启动困难。只能完成一带一的谐振。

IGBT中频电源接近恒功率输出，同一段时间内，功率大，产热多散热少，热能利用率高。现实生产的情况记录，熔炼相同材质一吨的铁水，传统可控硅型中频电源要用时七十分钟左右，耗电量六百七十度电左右，IGBT中频电源需要用时五十五分钟至六十分钟以内，用电量六百三十度左右。炉口散热多也降低了有功功率，消耗了电能，降低利润，增加了人力成本。

综合分析，IGBT中频电源传统可控硅中频电源比节能约17%，工作效率高。

但是，IGBT中频电源成本高，这是无法和传统可控硅中频电源相比的。随着科学技术的发展，IGBT模块技术的再突破，节能型IGBT的利用会越来越广的应用于现实生产中。

关键词：IGBT 整流逆变功率

参考文献：

《中频电源及其在铸造中的应用》童军

《电力电子技术》孙书谱等编著中国矿业大学出版社

《可控硅中频电源》林渭勋北京机械工业出版社

《铸铁感应电炉》章周编著

《可控硅中频技术及其应用》袁俊平

《MOSFET/IGBT驱动集成电路及应用》

中频感应电源

普传科技PI7800MF系列中频感应加热电源的应用【前言】普传科技股份有限公司根据冶金和石油行业特殊用途，基于公司产品研发战略，在成功开发冶金行业电磁搅拌器专用电源基础上，开发生产了新一代数字化控制高性能特殊电源——PI7800MF中频感应加热电源，主要应用领域有：金属熔炼、透热、钎焊、晶体生长、稀有金属加工及石油工业的感应电加热采油（稠油井的空心抽油杆电加热）、石油集输管道的感应加热等设备，还可以应用于集输管道加热和其它类型的中频电源相比，在结构、性能及可靠性方面，具有非常明显的优势，控制电路采用高性能专用32位DSP及大规模数字专用集成电路，IGBT/IPM功率器件，整流控制、逆变控制、功率调节、操作接口、保护等部分均集成在一块控制板上，调试、维护方便，可靠性提高，节能效果好。在石油工业应用上，由于中频电源涡流感应加强,导致集肤效应更强,漏磁减少,因此电加热效果大大好于工频电源。该设备可替代现有的工频加热电源，节能效果达到30%以上，大大地降低了采油生产能源的消耗。本专用电源对电网没有污染，与同类产品相比，提高了电源的可靠性，减少了因停机造成的生产损失。一、电源基本框图及原理 1.1 电路基本构成如下： TI DSP 1.2 原理：中频加热电源主电路为AC-DC-AC变频结构，由整流电路、滤波、逆变电路和保护电路组成。其工作原理是将三相50Hz工频交流电经过三相全控整流桥整流成电压可调的脉动直流，再通过电容将脉动的直流电滤波变成光滑平稳的直流电送到单相逆变桥，最后通过逆变桥将直流电变成单相频率可调的中频交流电供给负载。采用三相全控桥式整流电路，它的输出电压调节范围大，而移相控制角的变化范围小，有利于系统的自动调节，输出电压的脉动频率较高，可以减轻直流滤波环节的负担。逆变电路是由全控器件IGBT构成的串联谐振式逆变器：核心部分逆变器由大功率

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IGBT中频电源的节能优势我国是铸造大国，铸铁件年产量几年来均居世界各国之首位，而其能耗在成本中所占比例却比工业发达国家高出2—3倍，冲天炉的能耗占了其中的大部分。主要原因是小容量冲天炉所占比例太大，而其中采用烟尘净化和余热回收装置的微乎其微，实现高水平熔炼和计算机控制的更少了。我国铸铁生产车间一万多个，每个车间年平均产量不足1000t，冲天炉开炉时间短。在冲天炉结构方面，由于我国铸造厂点过多，限制了大容量冲天炉的使用。由于产量低，效益差，限制了性能优越的现代化冲天炉及其配套设备的采用。操作不当不但对冲天炉性能造成不良影响，也是增加冲天炉能耗和环境污染的重要原因，在我国为数众多的小容量冲天炉上，更是普遍存在的现象。中频技术应用于铸造行业给铸造推广高质量、高效率、节能环保、低碳的中、高频科技技术应用与中国的铸造行业，是保持中国铸造业可持续发展的一项重大举措。与传统的冲天炉熔炼相比，中频技术应用于熔炼、精铸诠释了科技的力量。中频感应电炉经历了两次根本的变革，第一次变革源于20世纪60年代后期开发的晶闸管静态变频电源，第二次源于20世纪70年代中期开发的逆变变频及其控制技术。这样使中频感应电炉的优越性得以充分的发挥。随着大功率晶闸管变频电源的开发和可靠性的提高，中频感应电炉正在逐步替代工频感应电炉而在铸造业获得愈来愈广泛的应用。中频电源的基本工作原理,就是通过一个三相桥式整流电路,把50 Hz的工频交流电流整流成直流,再经过一个滤波器(直流电抗器)进行滤波,最后经逆变器将直流变为单相中频交流以供给负载,所以这种逆变器实际上是一只交流—直流—交流变换器,其基本线路如图：中频炉的感应加热原理，它是利用电磁感应原理将电能转变为热能，当交变电流i感应线圈时，感应线圈便产生交变磁通Φ，使感应中的工件受到电磁感应而产生感应电动势e。感应电动势e = dΦ/dt 如果磁通Φ是呈正弦变化的，即Φ = -Φm sinwt 则 e = -dΦ/dt=-Φm sinwt E的有效值 E=4.44ｆΦM (伏) 感应电动势E在工件中产生电流I, i使工件内部开始加热，其焦耳热为； Q=0.24I2Rt I--工件中感应电流的有效值（安） R--工件电阻（欧）； t—时间（秒）中频电源从最初的发展到今天应用于铸造行业，电源种类从原理上可以分为两类，一传统的可控硅中频

IGBT功率损耗计算--蔡华

IGBT功率损耗计算对比 ---手算、Psim热模型、IPOSIM计算蔡华目的：对Psim中IGBT热模型功率计算方法进行验证，以便后期使用参考。方法：(1)根据器件手册计算； (2)根据英飞凌官方提供的计算工具核对. 条件：经典的Buck电路；输入电压：1000V；输出电压：500V；输出电感：1mH；负载电阻：5Ω；开关频率：5kHz 占空比：0.5； IGBT：英飞凌FF300R17ME4。 Psim仿真电路见图1。图 1 Psim仿真模型英飞凌网站主页IPOSIM工具入口方法见图2。英飞凌官方功率计算网站 https://www.360docs.net/doc/8717279836.html,/iposim/HighPower/All/TopologySelection.aspx

图 2 英飞凌网站主页IPOSIM工具入口 1.手工计算IGBT损耗 (1)计算IGBT导通损耗。手册中给定的器件FF300R17ME3的IGBT导通电流与压降关系如图3所示。图 3 IGBT导通电流与压降 IGBT导通时，从上述条件，可知，负载电压500V，负载平均电流100A，对应器件压降 1.4V，占空比为0.5，平均导通损耗Pcond=100A*1.4V*0.5=70W。 (2)计算IGBT开关损耗。手册中给定的IGBT开通和关断损耗与电流关系如图4所示。

图 4 IGBT开通和关断损耗与电流关系 IGBT导通平均电流为100A，开通关断，每次开关动作对应的开通和关断损耗Eon+Eoff=75mJ，实际Uce承受电压为1000V，图中测试条件为900V，所以还要乘以1000/900，开关频率为5kHz。所以对应的开关损耗为Psw=75m*5k*1000/900=416.6W。 (3)计算IGBT反并联二极管导通损耗。手册中给定的IGBT反并联二极管压降与电流关系如图5所示。图 5 IGBT反并联二极管压降与电流关系 IGBT关断时，电流从续流二极管流过，IGBT反并联二极管导通电流基本为0，损耗为0，

KGPS可控硅中频电源与IGBT晶体管中频电源的比较解析

KGPS可控硅中频电源与IGBT晶体管中频电源的比较一、新型IGBT中频电源的特点 IGBT（绝缘栅双极晶体管）是MOSFET（双极型晶体管）与GTR（大功率晶体管）的复合器件。因此，它既具有MOSFET的工作速度快、输入阻抗高、驱动电路简单、热温度性好的优点，又包含了GTR的载流量大，阻断电压高等多项优点，是取代GTR和SCR( 可控硅)的理想开关器件。从1996年至今，尤其是最近几年来IGBT发展很快，目前已被广泛地应用于各种逆变器中。（1）IGBT控制是采用导通宽度及频率来实现对输出功率进行无级调节的中频电源，且采用串联谐振，无需加启动电路及前级调压装置，因此启动相当方便，启动成功率百分之百，调节输出功率极为方便。（2）整流部分采用二极管三相全桥整流，使得控制电路极为简单，维修技术量降低。（3）目前大部分厂家采用德国西门子公司产品作逆变器，中频电源寿命在3万次以上，采用了限压过流过压保护电路，使得故障率极低，并且过流过压保护动作时报警器马上报警显示且保护停机。综上所述，IGBT中频电源作为铸造熔炼中频感应加热电源，是电力电子技术发展的必然趋势，它将成为二十一世纪铸造行业现代化的重要标志。二、一拖二感应电炉系统一拖二感应电炉系统即功率共享电源系统的感应电炉，。即一台中频电源能同时向二台电炉供电，并能在额定功率范围内自由分配向各台电炉的输入功率。它从上世纪90年代初在国外问世，恰好遇到我国经济改革开放的大发展年代，因此这种电炉系统几乎同步进入我国的铸造业，并且得到铸造界的青睐和认同。但碍于当时国内电炉制造商尚未开发出该项技术，而进口设备的昂贵价格又使许多铸造厂望而怯步，限制了它在我国铸造业的广泛应用。据相关资料介绍，从我国1993年引进第一台一拖二电炉系统起到目前为止，全国现有一拖二电炉系统大约共计有近100套左右，其中功率最大的一套为6000kW功率共享电源配置二台8吨电炉。一拖二电炉的优点

IGBT中频感应熔炼炉技术说明

IGBT中频电源设备使用说明书

目录一、用途及技术规格 (1) 二、电源部分使用说明 (2) 〈一〉、结构组成及工作原理 (2) 〈二〉、性能特点 (3) 〈三〉、操作方法 (4) 二、炉体部分使用说明 (5) 〈一〉、炉体 (5) 〈二〉、感应圈 (5) 〈三〉、炉衬 (6)

〈四〉、固定炉架 (6) 〈五〉、水循环系统 (6) 〈六〉、机械倾炉系统 (6) 〈七〉炉体安装与调整 (6) 三、注意事项 (7) 四、使用维护 (8) 五、炉衬捣打，烘炉工艺 (9) 一、用途及技术规格 1. 用途本产品适用于钢、铁黑色金属的熔炼及升温，也可用于熔炼铜、铝等有色金属。 2. 技术规格及基本要求

2.2.1 本产品技术条件符合JB/T4280中的有关规定. 2.2.2 本产品应在下列条件下正常工作： a.海拔高度不超过1000米。 b.环境温度在+5℃~40℃之间。 c.适用地区最湿月平均最大相对湿度不大于90%，同时该月的月平均最低湿度不高于25%. d.周围没有导电性尘埃、爆炸性气体及能严重损坏金属和绝缘的腐蚀性气体。注：如在其它条件下工作，用户应与制造厂家协商解决， e.水质要求（1）纯水或蒸馏水。（2）水的比电阻额定电压≥2000V~3000V 比电阻≥5000Ω （3）进水压力0.1~0.3mpa ( 4 ) 进水温度5°~ 40℃（炉体） 5°~36℃（电源）备注:本设备进水严禁用井水或自来水直接给设备供水.以免在夏季高温环境中因循环水与周围环境温差过大,使设备部结水露而造成设备故障. f.供电要求（1）电网电压三相不平衡度不大于5% （2）电网电压波动不大于±10%, （3）电网电压为正弦波，波形畸变不大于10%。二、电源部分使用说明〈一〉、结构组成及工作原理节能型IGBT晶体管中频电源共由四部分组成，它们分别为整流、滤波、逆变输出、熔炼炉体，组成结构图如下：

IGBT感应加热电源的原理和优势

IGBT感应加热电源的原理和优势 IGBT中频电源控制部分的原理和优势：解释：当总功率是2500KW的时候，每个炉体为2200KW，并且可以在300KW到2200KW 范围内随意调整，但是总功率不能超过2500KW. 双变频器电气图纸 1.串联谐振中频感应炉采用IGBT中频电源。IGBT中频电源是一种新型的IGBT逆变器模块（绝缘栅双极型晶体管,德国生产）主要用来熔炼碳钢，合金钢，铸钢，有色金属。IGBT中频电源具有加热速度快，节能环保的特点。 2.IGBT中频电源作为恒功率电源，即使添加少量的金属也可达到全功率输出，并且保持恒定不变，因此加热速度快。采用串联谐振变压器，变压器电压高，所有的IGBT中频电源比可控硅电源节能。IGBT采用频率调控系统调整频率，整流部分包括全桥整流器，感应器和电容滤波器，它在500v的条件下工作，因此IGBT中频电源产生极少的低次谐波，低网格污染。 3.IGBT中频电源比可控硅中频电源节约电能15%-25%，原因有以下几个方面： A.逆变器电压高，电流，电路损失低，这部分可以节约电能15%。IGBT中频电源变压器的功率是2800v，传统的可控硅中频电源变压器的功率是750v，电流减小了四倍，线路损失降低了。 B.高功率因素，功率因素大于0.98，无功损耗小，这部分比可控硅中频电源节约电能3% -5%。IGBT 采用全桥式整流，整流部分不调整可控硅传导角，所以整个过程的功率因素大于0.98，无功损耗小。 C.炉体热损耗小，同功率条件下，IGBT比可控硅每批次快15分钟。在路出口的热损失占整个过程的3%。因此这部分比可控硅中频电源节约3%的能量。 4.高次谐波干扰：当可控硅产生电压峰值的时候整流器的高次谐波调整电压。电压电网会被严重污染导致其他的设备不能工作，IGBT中频电源整流器部分采用全桥整流器。直流电压总是在最高程度工作，不需要调整传导角，因此不会产生高次谐波，不会污染电网，变压器，交换器不会被加热，不会干扰其他电子器件的工作。 5.恒功率输出：可控硅中频电源带有电压和电流调节器，IGBT采用频率和功率调节器，它不会受炉料和炉衬厚度的影响。在加热过程中保持恒功率输出，尤其是在生产不锈钢，铜料，

IGBT的驱动特性及功率损耗计算

IGBT的驱动特性及功率损耗计算作者：海飞乐技术时间：2017-05-17 15:36 1.IGBT的驱动特性 1.1驱动特性的主要影响因素 IGBT的驱动条件与IGBT的特性密切相关。设计栅极驱动电路时，应特别注意开通特性、负载短路能力和dv/dt引起的误触发等问题。栅极电压Uge增加(应注意Uge过高而损坏IGBT)，则通态电压下降(Eon也下降)，如图1所示(此处以200 A lGBT为例)。由图中可看出，若Ugc固定不变时，导通电压将随集电极电流增大而增高。如图1a，电流容量将随结温升高而减少(NPT工艺正温度特性的体现)如图1b所示。图1 栅极电压Uge与Uce和Tvj的关系栅极电压Uge直接影响IGBT的可靠运行，栅极电压增高时有利于减小IGBT的开通损耗和导通损耗，但同时将使lGBT能承受的短路时间变短(10 μs以下)，使续流二极管反向恢复过电压增大，所以务必控制好栅极电压的变化范围，一般Vge可选择在-10~+15 V之间，关断电压-10V，开通电压+15V。开关时Uge与lg的关系曲线见图2a和图2b所示。图2 开关时Uge与Ig的关系曲线栅极电阻Rg增加，将使IGBT的开通与关断时间增加，使开通与关断能耗均增加，但同时，可以使续流二极管的反恢复过电压减小，同时减少EMI的影响。而门极电阻减少，则又使di/dt增大，可能引发IGBT误导通，但是，当Rg减少时，可以使得IGBT关断时由du/dt所带来误触发的可能性减小，同时也可以提高IGBT承受短路能量的能力，所以Rg 大小各有好坏，客户可根据自己设计特点选择。图3为Rg大小对开关特性的影响，损耗关系请参照图4所示。

基于IPOSIM的IGBT功率损耗仿真

基于IPOSIM的IGBT功率损耗仿真【摘要】IGBT作为一种功率半导体器件，在电能应用邻域得到广泛应用。在IGBT的使用过程中，要求功率开关器件降低损耗、提高效率、提高性能。本文就IGBT的损耗计算方法作了简要介绍，并就英飞凌IGBT作了功率损耗的仿真分析。【关键词】IGBT 功率损耗计算方法仿真The Simulation of The Power Loss for IGBT Base on IPOSIM（The 722 Research Institute of CSIC Hubei Wuhan 430205） Abstract：As a power semiconductor device，IGBT is widely used in the application of electric fields. During the use of IGBT，Request power switching device to reduce losses，improve efficiency and performance. This article briefly describes the loss calculation method on the IGBT，and made a simulation analysis of the power loss on Infineon IGBT. Keywords：IGBT；power loss；calculation method；simulation 一、引言绝缘栅晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor，简称IGBT）是由BJT（双极型晶体管）和MOSFET（绝缘栅型场效

中频电源电流及各参数计算

中频电源已广泛应用于工业加热领域 0 引言工频加热技术与其它各种物理加热技术相比，确实具有较高的效率，但存在一些明显的不足。在现代工业的金属熔炼、热处理、焊接等过程中，感应加热被广泛应用。感应加热是根据电磁感应原理，利用工件中涡流产生的热量进行加热的，它加热效率高、速度快、可控性好，易于实现高温和局部加热[1]。随着电力电子技术的不断成熟，感应加热技术得到了迅速发展。本文设计的70KW/500HZ中频感应加热电源采用IGBT 串联谐振式逆变电路，能够实现频率自动，电路结构简单，高效节能。 1 主电路结构主电路由整流电路、逆变电路、保护电路组成，其结构如图1。 2 主要器件的设计 2.1 整流电路的设计中频电源采用三相全控桥式整流电路，它的输出电压调节范围大而移相控制角的变化范围小，有利于系统的自动调节，输出电压的脉动频率较高可以减轻直流滤波环节的负担[2]。根据设计要求：额定输出功率P=70KW，输出频率f=500HZ，进线电压UIN=380V，取逆变器的变换效率=0.9。 1）确定电压额定值URRM 考虑到其峰值、波动、雷击等因素，取波动系数为 1.1，安全系数=2，选取电压为：URRM≥UIN× ×1.1 =1179V 根据实际二极管电压等级，取URRM=1600V。 2）确定电流额定值IT(AV) IT(AV)=0.368×Id =0.368× =0.368× =56A 考虑冲击电流和安全系数，实取额定电压1600V，额定电流200A的整流模块。 2.2 逆变电路的设计逆变电路是由全控器件IGBT构成的串联谐振式逆变器，两组全控器件V1、V4和V2、V3交替导通，输出所需要的交流电压。IGBT的主要参数有最高集射极电压（额定电压）、集射极电流等[3]。 1）确定电压额定值UCEP IGBT的输入端与电容相并联，起到了缓冲波动和干扰的作用，因此安全系数不必取得很大，一般取安全系数=1.1平波后的直流电压： Ed=380V× × =590V 关断时的峰值电压： UCESP=(590×1.15+150)× =912V 式中1.15为电压保护系数，150为L 引起的尖峰电压。令UCEP≥UCESP,并向上靠拢IGBT 等级，取UCEP=1200V。 2）确定电流额定值Ic Ic=( ×1.5)Id = ≈374A

采用IGBT的正弦波中频逆变电源

采用IGBT的正弦波中频逆变电源摘要：介绍了用IGBT作功率器件的中频逆变电源，对电路的工作原理进行了详尽的分析。 0 引言 400Hz中频电源在工业、国防、航海、航空等领域中应用非常广泛。目前在我国，400Hz中频供电系统大多为中频机组，体积大，噪音高，效率低，管理不便。我们研制了一台用绝缘栅双极晶体管（IGBT）做为主功率开关器件的400Hz正弦波中频逆变电源，它具有体积小，重量轻，噪音低，转换效率高，工作可靠，使用方便等优点，是中频机组的理想替代新产品。 IGBT是新一代复合型电力电子器件，它的控制级为绝缘栅控场效应晶体管，输出级为双极功率晶体管，因而它兼有两者的优点而克服了两者的缺点，如高的输入阻抗；高的开关频率；很小的驱动功率；通态压降小；电流密度大等。 1 系统组成及工作原理 1.1 逆变电源主电路正弦波中频逆变电源的主电路构成如图1中的上半部分所示，图中K1为空气开关。L为EMI滤波器，用以滤掉电网中的干扰和消除逆变电源对电网的干扰。K2，K3，K4为接触器，K2的作用是在系统启动时接通电源，在故障时切断主电源，其辅助触点K2′用来在停机或保护电路动作时使滤波电容C1及C2上贮存的能量通过电阻R2快速放掉，以便检修或避免掉电时电容C1及C2中聚积的能量还未放完，逆变桥中同桥臂上下主功率IGBT因驱动脉冲电平不确定发生同时导通而损坏。接触器K3和电阻R1构成软起动电路，其作用是在系统启动时，通过电阻R1缓慢地对电容C1及C2充电，防止直接启动时由于电容器C1及C2上初始电压为零，导致整流桥模块承受过大的电流冲击而损坏，当电容C1及C2上的电压充到一定值时，接触器K3动作，其触点将电阻R1短接。K4用于将电源输出与负载隔开，等系统启动成功后再将负载接通，以保证电源系统顺利启动及保护用电设备。滤波电容C1及C2用来对整流后的电压进行滤波，以保证提供给逆变桥的电压为平直的直流电压。R3及R4分别并于C1及C2两端，以保证C1及C2各承受主电路中直流电压的一半。S为霍尔电流传感器，对逆变电源的直通及短路保护提供一取样信号。V1～V4为4只IGBT，构成桥式逆变电路。C3及C4用来抑制IGBT通断过程中因电路中电感的存在引起的尖峰脉冲电压L d i/d t，保证主功率开关器件IGBT不因承受过高的尖峰脉冲电压而击穿损坏。L1，L2，C5构成输出滤波器，把逆变桥输出的按正弦波规律变化脉宽的高频脉冲波还原成中频正弦波输出，并经变压器T1隔离后为负载提供合适幅值的电压。图1 正弦波中频逆变电源原理图

IGBT中频电源原理

IGBT 中频电源的原理工频加热技术与其它各种物理加热技术相比，确实具有较高的效率，但存在一些明显的不足。在现代工业的金属熔炼、热处理、焊接等过程中，感应加热被广泛应用。感应加热是根据电磁感应原理，利用工件中涡流产生的热量进行加热的，它加热效率高、速度快、可控性好，易于实现高温和局部加热[1]。随着电力电子技术的不断成熟，感应加热技术得到了迅速发展。本文设计的70KW /500HZ 中频感应加热电源采用IGBT 串联谐振式逆变电路，能够实现频率自动，电路结构简单，高效节能。 2.1 整流电路的设计中频电源采用三相全控桥式整流电路，它的输出电压调节范围大而移相控制角的变化范围小，有利于系统的自动调节，输出电压的脉动频率较高可以减轻直流滤波环节的负担[2]。根据设计要求：额定输出功率P =70KW ，输出频率f =500HZ ，进线电压U IN =380V ，取逆变器的变换效率 η=0.9。 1）确定电压额定值U RRM 考虑到其峰值、波动、雷击等因 I T(AV)=0.368×I d 额定电压1600V ，额定电流200A 的整流模块。

2.2 逆变电路的设计逆变电路是由全控器件IGBT 构成的串联谐振式逆变器，两组全控器件V 1、V 4和V 2、V 3交替导通，输出所需要的交流电压。IGBT 的主要参数有最高集射极电压（额定电压）、集射极电流等[3]。 1）确定电压额定值U CEP IGBT 的输入端与电容相并联，起到了缓冲波动和干扰的作用，因此安全系数不必取得很大，一般取安全系数α=1.1平波后的直流电压： E d =380V ×2×α=590V 关断时的峰值电压： U CESP =(590×1.15+150)×α=912V 式中1.15为电压保护系数， 150为L t i d d 引起的尖峰电压。令U CEP ≥U CESP ,并向上靠拢IGBT 等级，取U CEP =1200V 。 2）确定电流额定值I c Ic =(2×1.5)I d = IN U P ???9.05.12≈374A 式中，2为I d 的峰值，1.5为允许1min 过载容量，0.9为变换效率。由于电路采用桥式结构，4只IGBT 轮流导通，根据IGBT 等级，选用西门子BSM200GB120两单元并联。 3）电解电容C d 的计算 C d 主要起滤波、稳定电压和改善功率因数的作用，在串联谐振电路中相当于电压源。C d 可用下式计算： C d =(40～50)×Id ≈(40～50)×150A ≈6000～7500F μ 选用6800/400VDC 电解电容，三只并联后再串联，在每只电解电容两端并联上放电电阻100K Ω/2W ,两只并联。由于串联谐振式逆变器的直流电源回路还必须流过无功电流，该无功电流随逆变器的输出功率因数减小而增大，而电解电容C d 中不能流通高频无功电流，否则会发热损坏[4]。高频电容的选择一般根据逆变器的工作频率和容量大小来确定，电路中选用两只2F /1200V 的薄膜电容直接并在IGBT 的两侧。 2.3 逆变电路的保护 IGBT 采用缓冲保护电路，它以上下桥臂为单元进行设置，这种电路缓冲元件的功耗小，降低了IGBT 的关断损耗。通常采用计算和实验相结合的方法，确定缓冲元件的参数。C S 选取3～5μF /1200V 的电解电容，R S 选用62Ω/150W 的无感电阻。在开关电源中，逆变电路中二极管除整流作用外，还起电压嵌位和续流作用，二极管在正向偏置时，呈低阻状态，近似短路，在反向偏置时，呈高阻状态，近似开路。二极管从低阻转变成高阻或从高阻转变成低阻并不是瞬间完成的，普通二极管的反向恢复时间较长，不适应高频开关电路的要求，需要使用快速恢复二极管[5]。系统阻容吸收电路中采用IXYS 公司的DSE12X 快速恢复二极管模块，其恢复时间在60ns 左右。由电路产生的PWM 脉冲，不能直接驱动大功率器件，为确保功率管的开关准确可靠，IGBT 驱动放大电路采用三菱公司的M57962L ，它采用+15V \-15V 双电源供电，外围元件少，具有较强的驱动能力，又能有效的限制短路电流值和由此产生的应力，实现软关断。 3 负载电路的计算中频电源用于加热时，负载主要是由集肤效应、涡流效应、滞后效应产生的阻抗和感抗，虽然还存在着其

IGBT损耗计算

IGBT 损耗计算单元内部损耗主要由单元内部的IGBT 、整流桥、均压电阻、电解电容等产生，算出这些器件的损耗值便能算出单元的效率。一、IGBT 损耗计算 IGBT 的损耗主要分为IGBT 的通态损耗和开关损耗以及IGBT 中续流二极管的通态损耗和开关损耗，（1）IGBT 的通态损耗估算 IGBT 的通态损耗主要由IGBT 在导通时的饱和电压Vce 和IGBT 的结热阻产生， IGBT 通态损耗的计算公式为： )38(cos )4(21_2 2ππIp Rthjc Ip Vce m Ip Rthjc Ip Vce igbt Pt +*++=φ 式中： Pt-igbt----IGBT 的通态损耗功率（W ） Vce----IGBT 通态正向管压降（V ） Rthjc----IGBT 结热阻（K/W ） Ip----IGBT 通态时的电流（A ） m----正弦调制PWM 输出占空比 cos φ----PWM 输出功率因数（2）IGBT 开关损耗计算 IGBT 的开关损耗主要是由于IGBT 开通和关断过程中电流Ic 与电压Vce 有重叠，进而产生开通能耗Eon 和关断能耗Eoff ，IGBT 的开关能耗大小与IGBT 开通和关断时的电流Ic 、电压Vce 和芯片的结温有关， IGBT 开关能好的计算公式为： )(**1Eoff Eon f igbt Pk +=-π 式中： Pk-igbt----IGBT 开关热损耗值（W ） f----IGBT 开关频率（Hz ） Eon----IGBT 单次接通脉冲的能量损耗（W ） Eoff----IGBT 单次关断脉冲的能量损耗（W ）（3）续流二极管通态损耗计算续流二极管在导通状态下存在正向导通压降Vf ，其大小由通过的电流和芯片的结温有关。由于Vf 和结热阻的存在，当有电流通过时会生成二极管在通态状态下的损耗。二极管在通态时的损耗计算公式为：

IGBT损耗的计算步骤与方法

IGBT损耗的计算步骤与方法 IGBT损耗的计算步骤与方法作者：微叶科技时间：2015-09-08 17:50 国内外有很多专家学者对IGBT器件的损耗模型进行了较深入的研究，还将损耗模型主要分为两大类：基于物理结构的IGBT损耗模型和基于数学结构的IGBT损耗模型。基于物理结构的损耗模型通过分析IGBT/DIODE的物理结构和内部载流子的工作情况，采用电容、电阻、电感、电流源、电压源等一些相对简单的元件模拟出IGBT的特性，利用仿真软件仿真IGBT在各种工作情况下的电压、电流波形。从而计算得到IGBT的损耗。基于数学方法的IGBT损耗模型与器件的具体类型无关，它是基于大量数据的测量，试图寻找出功耗与各个因素的数量关系。然而，在工程实践中工程师一般不会消耗大量的时间来进行计算，所以本文就是在介绍基本原理的基础上，参考相应的资料结合实践给出合适的计算方法。

IGBT 典型的电压/电流曲线（VCE/ICE）如图1所示。这个曲线可以用门限电压加电阻电压叠加的方法来进行线性化，即（1）式中，ICN和VCEN为额定电流下的额定电压（由制造商提供，不同的IGBT模块略有不同）。二极管的正向导通电压满足指数规律，但在工作范围内，也可以近似为一线性方程：（2）式中，VFN为额定电流下的二极管电压降；为VFO 为门槛电压，典型值为0.7V。图1 IGBT模块IGBT典型的电压/电流曲线（VCE/ICE）1. 损耗计算由于二极管的计算方法与IGBT基本相同，所以下文主要分析的是IGBT部分。假设电源的开关波形如图2所

示。图2 电源开关波形（1）功率损耗计算IGBT的功率损耗，首先来计算1个脉冲中的损耗，单个脉冲中包括导通损耗和开关损耗，如图3所示。图3 单个脉冲IGBT的功率损耗 1）使用VCE(sat），VSIC特性曲线计算导通损耗，一般采用TJ=25℃时的特性曲线。（3） 2）开关损耗开关损耗可用实际电压电流波形在开通和关断时间内的积分来求得。

IGBT中频电源维修手册

IGBT中频电源维修手册伴随着铸造行业的发展，IGBT中频电源在今年得到迅速的推广销售，这就需要一只技术力量强的售后队伍，以下是IGBT维修记录，现针对特别维修案例编制此维修手册。方便大家共同交流学习IGBT中频电源维修技术，以更好的维护使用好设备。一、现场维修需要测试的步骤：第一步，在中频电源未接通任何电源的情况下，使用万用表欧姆档位（*1档）检测电热电容两端的阻值、模块小板GE两端的端子阻值、模块CE两端阻值、充电二极管两端正反向阻值，整流可控硅和整流二极管两端阻值，充电电阻50W/100Ω阻值，断路器输出三相母排之间的阻值，正常情况下以上阻值为∝。如果阻值为1欧姆很小的阻值说明此器件有可能击穿，如果发现击穿现象将器件从设备电路上断开测量进一步判断此器件的好坏。使用万用表*10档测量IGBT输出端子对地之间的阻值（以此判断是否有漏炉造成感应圈和地之间的接通）。第二步，将“2P断路器”及“控制开关”合上（即只通弱电不通强电的情况下），使用万用表直流电压DCV10V档位测量所有模块GE两端的负压，正常情况下有-7.8V到-8V左右的负压，在测试所有模块负压正常的情况下按下“中频启动”，此时使用示波器检测模块小板GE两端的波形，正常情况下为一个频率为1KHz~2KHz的方波信号，波形平滑方正，不能有任何变形。正常的话然后测量模块小板2W/6.8Ω栅极电阻两端的波形，正常情况下为一个上下都有毛刺的波形，如果出现方波信号说明栅极电阻坏了或模块GE短路了，如果没有波形说明模块GE两端开路烧坏。依次测量所有的模块小板的波形。使用示波器检测整流脉冲版的KG和KK信号，正常为方波信号，以上检测正常后进行下一步。第三步，试充一点强电来启动设备：将以上“控制开关”和“2P断路器”关掉，然后按照开机顺序合上“2P”开关，按下“储能”，再按一下“主回路通”，看到直流电压充到300V左右将主回路断，合上“控制开关”，按下中频启动，此时示波器看到设备的起振波形，然后波形慢慢消失。并且直流电压下降的速度是缓慢的。这说明设备的起振情况是正常的，关掉以上开关，按照正常的开机顺序开机启动运行。二、设备使用的环境要求： IGBT中频电源电盘使用的水循环系统必须为封闭水冷，使用蒸馏水循环，这样功率模块散热器能够避免因结水垢引起的散热不良烧毁模块故障，使用蒸馏水长时间使用设备之后也会造成一定的水垢，需要清理。一般来说对于水质好的客户来说一年清理一下水垢，清理水垢的办法是使用塑料水泵，找一只塑料桶，使用30%的盐酸循环设备15分钟左右，循环完毕后使用2至3边清水循环，清理管道内部残留的盐酸液。 IGBT中频电源必须保证良好的设备内部空间环境，防止外界粉尘落入电柜当中，IGBT中频电柜必须单独建立房子，以隔离外环境。IGBT中频电源电盘必须与封闭水冷隔离安装，防止封闭水冷的水汽进入电柜造成模块打火短路。 IGBT中频电源熔炼炉客户使用时必须配备空调，空调室内机安装在设备柜体内侧，室外机安装在室外。每次设备开始运行之前必须启动空调，并且启动设备水循环系统，设备运行完毕下班之后关闭空调，可以关闭封闭水冷系统，但炉体的水循环系统必须待炉衬降到室温后再关闭。 IGBT中频电源熔炼炉系统炉体部分的水循环用户应当考虑安装应急水源，方案一：在房屋高处安装一个储水罐，并将储水罐通过一个阀门接通在炉体的进水端，而且炉体的进水能够通过阀门自动接通水池子水和水罐水，在突发停电事故时能够将炉体水循环通过阀门切换到水罐循环水系统，通水量通过阀门控制不必太大，能够使炉体出水水温不开锅为准。这样能够有效的防止因停电缺水造成炉体绝缘棒的碳化。方案二：安装备用发电机组，安装一定容

IGBT 损耗计算

IGBT 损耗计算一、IGBT 1.1 导通损耗 ?=2 /0 ,0)('*)(*)(1T CE IGBT cond dt t t i t V T P τ 其中： ◆ )sin()(t I t i ω=：正弦的输出电流 ◆ )(*)(0t i r V t V CE CE +=：导通情况下的IGBT 的压降，其中0CE V 为门槛电压， r 为斜率电阻 ◆ )('t τ：逆变桥输出的占空比（导通时为1，关断时为0），一般情况下，该变量的波形为())sin(12 1 )('?ωτ++=t m t ，m 为调制比，?为输出信号与电流之间的相位差。推导得： ()??+==2 /0 02 /0 0,00)('*)(*)(*1 )('*)(*)(1T CE T CE IGBT cond dt t t i t i r V T dt t t i t V T P ττ ()()? ?? ? ??+++=2 /0 00 0)sin(121*)sin(*)sin(*1T CE dt t m t I t I r V T ?ωωω ???? ? ?++???? ??+=π?π3*8**cos 4**212020I r I V m I r I V CE CE 1.2 开关损耗 ()?+=2 /0 ,,0,)(1 *T off on IGBT SW IGBT SW dt I t E E T f P

其中 () ()nom dc nom nom nom IGBT off nom nom IGBT on off on IGBT SW V V I I V I E V I E I E E E ** ),(),()(,,,+=+= ∑= n n IGBT SW IGBT SW i E T P )(1,0 , ()∑+= n nom dc nom n nom nom IGBT off nom nom IGBT on V V I i V I E V I E T * * ),(),(1,,0 ()nom dc nom nom nom IGBT off nom nom IGBT on SW V V I I V I E V I E f ** ),(),(**1 ,,+= π 二、 DIODE 2.1 导通损耗与IGBT 的导通损耗类似，只是针对DIODE 而言，上桥臂的IGBT 导通意味着下桥臂的DIODE 关断，反之，上桥臂的IGBT 关断意味着下桥臂的DIODE 导通。因此对于DIODE 来说 ())sin(12 1 )('?ωτ+-= t m t ?=2 /0 ,0)('*)(*)(1T CE DIODE cond dt t t i t V T P τ ???? ? ?+-???? ??+=π?π3*8**c o s 4**212020I r I V m I r I V CE CE 2.2 开关损耗二极管开关损耗中的导通损耗可忽略不计，须考虑的是关断损耗： ()∑= n nom dc nom n nom nom DIODE off DIODE SW V V I i V I E T P * * ),(1 ,0, ()nom dc nom nom nom DIODE off SW V V I I V I E f ** ),(**1 ,π = 计算中，DIODE off E ,与DIODE 的反向恢复能量并不成正比，以下式进行等同

基于IGBT的熔炼炉用中频电源的应用

基于IGBT的熔炼炉用中频电源的应用【摘要】中频电源已广泛应用于工业加热领域。文章结合实际讨论了一种新型IG-BT感应加热电源主电路结构及工作原理，该电源采用成熟的变频技术，由全控型器件构成串联谐振式逆变电路，解决了工频加热效果差和浪费电能等问题，具有功率调节范围宽、频率变化小的优点，适用于中小功率系统。【关键词】中频电源感应加热逆变串联谐振 1概述工频加热技术与其它各种物理加热技术相比，确实具有较高的效率，但存在一些明显的不足，在现代工业的金属熔炼、热处理、焊接等过程中，感应加热被广泛应用。感应加热是根据电磁感应原理利用工件中涡流产生的热量进行加热的，它加热效率高、速度快、可控性好，易于实现高温和局部加热。随着电力电子技术的不断成熟，感应加热技术得到了迅速发展。本文设计的100kW／2500Hz中频感应加热电源采用IGBT串联谐振式逆变电路，能够实现频率自动控制，电路结构简单，无有害气体排放，高效节能。

2工作原理整流电路采用可控的三相半桥整流，逆变器采用单相全控逆变，系统上电后，三相交流电经过整流，通过电阻限流给滤波电容充电，经延时后输出脉冲信号将IGBT触发导通，启动系统工作。系统启动后以固有频率2500Hz产生移相控制信号使系统工作，微处理器产生的移相信号控制IGBT功率器件的导通与关断，通过对输出电流相位的检测，并在输出侧串无感电容与负载实现谐振，使装置的输出效率最高，根据温度的设定值和温度的检测值进行闭环控制，调整移相角，改变逆变器的输出电压实现温度的准确控制。 3主电路的设计中频电源采用三相半桥式整流电路，它的输出电压调节范围大而移相控制角的变化范围小，有利于系统的自动调节，输出电压的脉动频率较高可以减轻直流滤波环节的负担，根据设计要求，额定输出功率P=100kW，输出频率 f=2500Hz，进线电压为380V。考虑冲击电流和安全系数，实取额定电压以800V，额定电流200A的整流模块，在主电路的直流侧串入了一个电阻并且与之并联了一个IGBT，当系统刚启动时由于电容电

IGBT损耗计算及其散热设计

IGBT损耗计算及其散热设计 2

目录 1IGBT损耗分类 (1) 2损耗计算 (1) 2.1IGBT通态损耗计算 (2) 2.2IGBT开关损耗计算 (2) 2.3FWD的导通损耗 (2) 2.4FWD的开关损耗 (2) 3英飞凌IPOSIM6中损耗计算方法 (2) 4IGBT结温计算 (4) 4.1热阻 (4) 4.2结温计算 (4) 5散热器设计 (5) 6NTC电阻的使用 (5) 6.1使用模拟方法用获得NTC测量的温度 (5) 2

2 1 IGBT 损耗分类 IGBT 模块由IGBT 单元和FWD 单元构成，它们各自产生的损耗之和即为IGBT 模块整体所产生的损耗。另外，损耗一般可以分为导通损耗和开关损耗。无论IGBT 单元还是FWD 单元的导通损耗均可通过输出特性计算。同时，开关损耗能通过开关损耗-集电极电流特性计算。根据计算出的损耗进行散热设计，保证结温T j 不超过允许值。因此，计算损耗时通常使用高结温的通态电压和开关损耗的值来进行计算。对于IGBT 模块，正向截止损耗和控制损耗只占总损耗的一小部分，所以通常被忽略。只有在高截止电压(大于1千伏)或高的结层温度(大于150°C)时，截止电流成指数曲线增加，它带来的截止损耗变得越来越大，甚至会导致热失控。控制损耗通常只是在高频低压MOSFET 模块的应用中才给予考虑。 IGBT 模块的导通损耗取决于:负载电流、结层温度、占空比；对于给定的控制参数(R G ,V GG )和被忽略寄生元素(LS,Cload)，开通和关断功耗取决于:负载电流与负载电气特性(欧姆，电感，电容)、直流母线电压、结层温度、开关频率，总功耗计算公式如下: off on T cond T tot P P P P ++=)()( 由于续流二极管的截止损耗占总损耗的一小部分，所以亦被忽略了。它也有同IGBT 模块同样的限制。正向恢复过程导致了开通损耗，在快速二极管中这一损耗也是微不足道的，可以被忽略。续流二极管的导通损耗取决于: 负载电流(正向导通特性曲线VF=f(IF))、结层温度、占空比；对于给定的同续流二极管换流的IGBT 的参数和被忽略的寄生元素(LS)，关断损耗取决于:负载电流、直流母线电压、结层温度，开关频率，总损耗的计算公式如下: rr D cond D tot P P P +=)()( 模块的总损耗为单独的模块损耗乘以开关数量n ，即: n P P P D tot T tot M tot ?+=)()()()(

中频电阻焊机电源的IGBT保护

中频电阻焊机电源的IGBT保护引言电阻焊是一种重要的焊接工艺，具有生产效率高、成本低、节省材料和易于自动化等特点。IGBT是一种用MOS管来控制晶体管的电力电子器件，具有电压高、电流大、频率高、导通电阻小等特点。本文从实际应用出发，总结了过压、过流与过热保护的相关问题和各种保护方法，适用性强、应用效果好。中频电阻焊机逆变电源中频逆变直流电阻焊机的供电电源是由三相工频交流电源经整流电路和滤波电容转换成直流电源，再经由功率开关器件组成的逆变电路转换成中频方波电源，然后输入变压器降压后，经低管压降的大功率二极管整流成直流电源，供给焊机的电极，对工件进行焊接(见图1)。控制电路部分由DSP和CPLD组成，DSP(TMS320LF2407A)产生的PWM波和检测信号、保护信号在CPLD(EPM7128S)里现实逻辑运算。逆变器通常采用电流反馈实现PWM，以获得稳定的恒定电流输出，电路原理和波形如图1所示，图中U电源为电源电压，U初级为逆变器输出中频电压，变压器次级电流为I次级，控制PWM的脉宽可以控制I次级的大小，逆变电流采用全桥结构，主要优点是主变压器工作效率高，其主电路由4个IGBT和中频变压器组成，将直流电压转换成中频方波交流电压并送中频变压器，经降压整流滤波后输出，电路的可靠性来自IGBT的稳定运行。保证IGBT在安全工作范围内并处于较好状态下，是提高整机可靠性的关键技术，而对IGBT的保护，主要包括过电流保护，过电压保护和IGBT过热保护。 IGBT的保护措施 IGBT的过电流保护 IGBT的大功率管通常只能承受10μs以下的短路电流，当IGBT遇到过流或短路时，若不加保护或保护不当，就会使IGBT损坏。 M57962AL是IGBT专用驱动模块，它采用双电源驱动结构，内部集成有2500V 高隔离电压的光耦合器和过电流保护电路，以及过电流保护输出信号端子和与TTL电平相兼容的输入接口，本文主要应用M57962AL来实现驱动和过电流保护功能，电路见图2。