正弦波大功率IGBT模块控制2000A驱动板

读了寿老师的正弦波IGBT模块贴子，心痒痒的，赶快学习大功率IGBT驱动; 功夫不负有心人，有幸见识到2000A大功率IGBT驱动，再把我十几年前一直使用的正弦波程序，打磨了一翻，主芯片为大家熟悉的PIC16F716，终于出来了这款正弦波大功率IGBT模块控制2000A驱动板。欢迎大家实验见证, 谢谢！同时也感谢寿老师的好贴子，给了我很大启发；大功率IGBT二手市场货源好便宜，二次利用经济实惠，很轻易实现10KW以上的大功率正弦波输出。

正弦波大功率IGBT模块控制驱动板，实际上是逆变器的后级DC转AC部分，把前级的高压直流转变成交流220V输出的装置。

现在市场上，拆机大功率的IGBT太多了，功率大价格便宜，我想利用这些好的资源，制作一款大功率正弦波逆变器，要想利用好这些大功率IGBT做逆变器，正弦波控制板要注意两点，工作时的死区时间和工作时的开关频率，这两点很致命。本控制板死区时间250ns为基准档位，一直到10us任意可控制，可以适应于不同大小的IGBT模块使用，本板控制为2.0us，再就是载波频率SPWM为16.000KHz，控制板带50Hz/60Hz切换，带开关机控制，带LCD12864直接显示等，板子尺寸：15*6.5cm

先上原理图：

本控制板的稳压方式，采用的是正弦峰值稳压，电压瞬时值反馈和有效值反馈结构的，双闭环控制方式。外环电压有效值反馈，使系统稳态时尽可能实现输出无静差，内环采用瞬时值反馈，保证系统获得优良的动态性能，二者各司其职，共同协作。

本人为何选择正弦峰值稳压，是因为暂态闭环响应速度快，对母线电压的变化和输出负载的变化，瞬态响应均快，控制环线路简单，控制环易于控制。另外瞬时峰值的电压，是内在固有的逐个峰值波一一对应控制。

普通的取样稳压就不一样了，取样信号需要整流和电容滤波，需要平滑的直流输入，在整流滤波过程中会有一个很长的时间差，这样就大大延迟了应该稳压的时间点，就会造成输出电压的忽高忽低，稳压总是有延后的现象，稳压不真实。所以正弦波峰值稳压方式，是对每个一一对应的峰值波形，逐个控制，真实，响应速度快，控制非常精准；如果除开输出线路中的压降，可以真正做到输出电压纹丝不动。

正弦波大功率IGBT模块控制驱动板，驱动是参照了650KW的SPWM大功率驱动，一模一样照搬，本人有幸碰到，大家请看图

这IGBT驱动功率够大，每一路采用4只450A的IGBT并联使用，驱动能力已达到2000A以上。

316J驱动说明：

IGBT在以变频器及各类电源为代表的电力电子装置中得到了广泛应用。IGBT集双极型功率晶体管和功率MOSFET的优点于一体，具有电压控制、输入阻抗大、驱动功率小、控制电路简单、开关损耗小、通断速度快和工作频率高等优点。

但是，IGBT和其它电力电子器件一样，其应用还依赖于电路条件和开关环境。因此，IGBT的驱动和保护电路是电路设计的难点和重点，是整个装置运行的关键环节。

为解决IGBT的可靠驱动问题，国外各IGBT生产厂家或从事IGBT应用的企业开发出了众多的IGBT驱动集成电路或模块，如国内常用的日本富士公司生产的EXB8系列，三菱电机公司生产的M579系列，美国IR公司生产的IR21系列等。但是，EXB8系列、M579系列和IR21系列没有软关断和电源电压欠压保护功能，而惠普生产的HCLP一316J有过流保护、欠压保护和1GBT软关断的功能，且价格相对便宜，因此，本文将对其进行研究，并给出1700V，200～300AIGBT的驱动和保护电路。

1、IGBT的工作特性

IGBT是一种电压型控制器件，它所需要的驱动电流与驱动功率非常小，可直接与模拟或数字功能块相接而不须加任何附加接口电路。IGBT的导通与关断是由栅极电压UGE来控制的，当UGE大于开启电压UGE（th）时IGBT导通，当栅极和发射极间施加反向或不加信号时，IGBT被关断。

IGBT与普通晶体三极管一样，可工作在线性放大区、饱和区和截止区，其主要作为开关器件应用。在驱动电路中主要研究IGBT的饱和导通和截止两个状态，使其开通上升沿和关断下降沿都比较陡峭。

2、IGBT驱动电路要求

在设计IGBT驱动时必须注意以下几点。

1）栅极正向驱动电压的大小将对电路性能产生重要影响，必须正确选择。当正向驱动电压增大时，．IGBT的导通电阻下降，使开通损耗减小；但若正向驱动电压过大则负载短路时其短路电流IC随UGE增大而增大，可能使IGBT出现擎住效应，导致门控失效，从而造成IGBT的损坏；若正向驱动电压过小会使IGBT退出饱和导通区而进入线性放大区域，使IGBT过热损坏；使用中选12V≤UGE≤18V为好。栅极负偏置电压可防止由于关断时浪涌电流过大而使IGBT误导通，一般负偏置电压选一5V为宜。另外，IGBT开通后驱动电路应提供足够的电压和电流幅值，使IGBT在正常工作及过载情况下不致退出饱和导通区而损坏。

2）IGBT快速开通和关断有利于提高工作频率，减小开关损耗。但在大电感负载下IGBT的开关频率不宜过大，因为高速开通和关断时，会产生很高的尖峰电压，极有可能造成IGBT或其他元器件被击穿。

3）选择合适的栅极串联电阻RG和栅射电容CG对IGBT的驱动相当重要。RG较小，栅射极之间的充放电时间常数比较小，会使开通瞬间电流较大，从而损坏IGBT；RG较大，有利于抑制dvce／dt，但会增加IGBT的开关时间和开关损耗。合适的CG有利于抑制dic／dt，CG太大，开通时间延时，CG太小对抑制dic／dt效果不明显。

4）当IGBT关断时，栅射电压很容易受IGBT和电路寄生参数的干扰，使栅射电压引起器件误导通，为防止这种现象发生，可以在栅射间并接一个电阻。此外，在实际应用中为防止栅极驱动电路出现高压尖峰，最好在栅射间并接两只反向串联的稳压二极管，其稳压值应与正负栅压相同。

各引脚功能如下：

脚1（VIN+）正向信号输入；

脚2（VIN-）反向信号输入；

脚3（VCG1）接输入电源；

脚4（GND）输入端的地；

脚5（RESERT）芯片复位输入端；

脚6（FAULT）故障输出，当发生故障（输出正向电压欠压或IGBT短路）时，通过光耦输出故障信号；

脚7（VLED1+）光耦测试引脚，悬挂；

脚8（VLED1-）接地；

脚9，脚10（VEE）给IGBT提供反向偏置电压；

脚11（VOUT）输出驱动信号以驱动IGBT；

脚12（VC）三级达林顿管集电极电源；

脚13（VCC2）驱动电压源；

脚14（DESAT）IGBT短路电流检测；

脚15（VLED2+）光耦测试引脚，悬挂；

脚16（VE）输出基准地。

HCPL-316是一款简单易用的智能型IGBT驱动光耦，集成了VCE饱和压降检测，欠压锁定，软关断以及隔离故障反馈输出。

对于316J的说明资料，网络上很多，大家多多了解

言归正传，上传本控制板接线说明

部分说明：

1. 50/60Hz切换，此功能是后面添加的，U5的3脚接5V是60Hz输出，此脚悬空为50Hz

2. 开机/关机，CN2的6脚悬空为开机，接地为关机，次功能为UPS市电/逆变切换所用

3. 功率调节，是调节输出功率的最大值，最大值时，正弦波的顶部与底部会出现直线，说明已经在限制输出功率了

CN1:供电与控制

1. VFB为输出电压反馈信号，稳定输出电压的作用

2. GND供电负极

3. IFB输出电流反馈信号，控制总电流大小

4. SD保护输出，控制前级升压开关，正常工作0V,保护5V输出

5. 供电，15至30V单电源供电

CN2:烧写与显示

用于程序烧录，另外可以直接接上LCD128*64显示屏，直接显示参数

1. 时钟线

2. 数据线

3. GND供电负极

4. +5V输出，为显示屏和烧写器提供5V电源

5. vpp

6. 开关，悬空控制板为开，接地控制板为关

配套输出电路图

模块外形

IGBT接线图

实物焊接

显示屏的接线图

首先焊接了两块板，焊好准备接线调试了！

显示屏点亮了

15V输入测试电流0.31A

24V输入测试电流0.20A

30V输入测试电流0.15A

接下来测试功率管的G.S波形，从左到右依次如下图

现在测试SPWM的死区波形

死区时间2us，与我们设计的一样

下一步接上输出供电和输出LC滤波网络测试

线路已接好

母线供电与驱动电源一样24V试机

哈哈正弦波出来了！

下面就开始准备360V直流电源，输入看看带载和输出波形如何。

今天终于又焊接好了一块板，接上母线高压360V看图片

看看频率，50Hz很准的，再调调输出功率控制，也是可以控制的，接下来研究恒功率启动程序了

开机视频1：https://v.youku.com/v_show/id_XNDg1NTQwNDE4NA==.html?x=&sharefrom=android&sharekey=1d288795f2bc29b43c110be09dd95fa98

开机视频2：https://v.youku.com/v_show/id_XNDg1NTQwNjc1Mg==.html?x=&sharefrom=android&sharekey=66d7185df00c53efe7fd0112e483ed994

第一版的20张PCB已发行完毕了，第二版又开始了，做了改动，就是把反馈调压的几颗元件设计到控制板上了，

板子尺寸大小还是一样不变：15*6.5cm

月底此样板可以到位，再焊接起来继续大功率带载

与此同时，大功率同步升压IGBT模块2000A驱动板https://www.dianyuan.com/bbs/2488282.html 也启动了，就是高频正弦波前级升压，

电路拓扑结构：BOOST升压电路原理，我们知道大部分光伏逆变器的前级电路，DC-DC电压转换都是采用boost升压结构的形式，其主要由升压电感，二极管和电容组成。

大功率同步升压IGBT模块2000A驱动板原理图

大功率同步升压IGBT模块2000A驱动板电路板图

欢迎一起来互相学习

接下来我们讨论一下取样电阻（分流器）

如上图中的分流器（75mV）,这颗电阻其实就是感应的母线电流，由于本控制板做出的是大功率输出，就不可能用单股多股康铜丝来做了，而是使用分流器或者大功率霍尔互感器了，分流器经济实惠，所以本人选择了分流器使用，不一样的功率，选择不一样电流的分流器。

分流器的选取方法=输出功率/母线电压，比如10KW输出功率，母线电压为380V,母线电流就是10000W/380V=26.3A,这时候大家可以买30A的分流器接上即可，其实市面上的分流器过载能力是很强的，不用考虑会烧断。

控制板上的功率调节，顺时针为输出功率大，反时针为输出功率小，在反时针调节中，如输出波形在发生变化，上下会出现平顶，此时既是输出功率在控制了，如果程序支持欠压输出保护的话，3秒就能关闭正弦波输出。

逆变器在工作的时候为（恒电压工作模式），逆变器的输出保护; 本来嘛，本控制板已经有IGBT短路过流保护（HCPL-316直接检测，集成了VCE饱和压降检测，欠压锁定，软关断以及隔离故障反馈输出）功能，再加上主电流冲击过流保护；不过主电流过流保护是控制输出的一开一关，这样输出波形会由正弦波慢慢顶部和底部压缩变为方波（与EG8010过流控制一样）。

在过流时不改变正弦波波形形状，改变正弦波的上下幅度（恒电流工作模式），正弦波变为方波，感性（电机，空调）类电气在启动冲击时电流特别大，易炸管；如果此时改用正弦波工作，电流就会很小，同时输出电压也不能低于180V（太低电器不支持低压工作）。意思是冲击工作电压范围180-220V,简称：（恒流工作模式）降压启动。

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