一文詳解IGBT半橋逆變電路

IGBT半橋逆變電路分析

圖1是半橋式逆變電路的原理圖，它是在全橋式逆變電路的基礎上用電容C1、C2代替了Q3、Q4兩個IGBT管，而且一般C1=C2，當IGBT管未受觸發信號作用時，VC1=VC2=E/2，當Q1管導通時，電容C1沿Q2管向變壓器初級繞組N1放電，同時C2通過Q1、N1繞組被電源Ei充電，使VA下降。當Q1截止后Q2被觸發導通時，C2放電，C1充電，VA上升，其上升的電壓值和前次下降的電壓值是相等的。

功率管截止時承受的電壓及D1、D2管的作用于全橋式完全相同，只是節省了兩只功率管，驅動電路也較簡單，尤其是它具有較好的抗不平衡能力。這些優點使得半橋式逆變電路應用較為廣泛，它的缺點是變壓器初級繞組所得的電壓總是一個電容（C1或C2）上的電壓，近于電源電壓E1的一半，為了獲得與全橋式電路同樣的輸出功率，功率管和變壓器初級必須通過全橋式電路兩倍的電流，所以半橋式電路的輸出功率不宜太大。

圖1 全橋逆變與半橋逆變電路

半橋式逆變電路的拓樸結構如圖2 所示，兩只串聯電容的中點作為參考點，

圖2 半橋電路拓樸結構

當IGBT元件VT1 導通時，電容C1 上的能量釋放到負載RL 上，而當VT2導通時，電容C2 上的能量釋放到負載RL 上，VT1 和VT2 輪流導通時在負載兩端獲得了交流電能，半橋逆變電路在功率開關元件不導通時承受直流電源電壓Ud，由于電容C1 和C2 兩端的電壓均為Ud/2（假設C1=C2），因此功率元件VT1 和VT2 承受的電流為2Id。實質上單相半橋電路和前一節討論的單相推挽電路在電路結構上是對偶的，讀者可自行分析半橋電路的工作過程。

半橋型逆變電路結構簡單，由于兩只串聯電容的作用，不會產生磁偏或直流分量，非常適合后級帶動變壓器負載，當該電路工作在工頻（50 或者60HZ）時，電容必須選取較大的容量，使電路的成本上升，因此該電路主要用于高頻逆變場合 半橋式逆變器： 圖3（a）所示為半橋式逆變器的主電路，它由兩個容值相等的電容C1和C2構成。



一個橋臂，開關管V1和V2及反并聯二極管D1和D2構成另一個橋臂，兩個橋臂的中點A和B為輸出端，可以通過變壓器Tr變壓輸出，也可以由這兩端直接等壓輸出。因為電容C1＝C2，容量較大，故其電壓UC1=UC2=1/2Ui，ui是比較穩定的，中點B的電位基本不變。UB＝1/2Ui，而A點的電位則取決于開關管V1和V2的工作情況。

當開關管V1導通時，則UAB＝1/2ui。當開關管碭導通時，則UAB＝-1/2Ui。所以變壓器次級的空載電壓仍。為一個脈寬小于或等于180°電角的交流方波電壓，其脈寬等于TOn，TOn為開關管V1，或V2的導通時間。U。的幅值頻率等于逆變器的開關頻率，即TS為逆變器的開關頻率。

如果輸出端接的是電阻負載RI－d，則負載電流的波形和輸出電壓U。的波形相同，其幅值IPd=Uo/RLd如圖3（b）所示。如果輸出端接的是電感負載L，則電感L的電流iL為三角波。在開關管v1，或V2導通期間，在電壓U。的作用下，電流iL線性增加，其最大值：

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審核編輯：劉清