經(jīng)驗(yàn)總結(jié)：IGBT奇葩波形 不炸都對不起它

對于很多電源新手來說，在使用示波器測試波形的時(shí)候，都遇到過炸管的問題，是什么原因?qū)е抡ü?？又該如何解決呢？下面就來看看這位仁兄的情況。
　　
　　如圖1，黃線為示波器探頭直接接在上臂IGBT的驅(qū)動Vge兩端。示波器無電池，電源線已經(jīng)使用隔離變壓器進(jìn)行了隔離，但是，如圖所示已經(jīng)面目全非了。藍(lán)線為經(jīng)過電流互感器得到的線圈電流波形，看了之后心情和波形一樣七上八下的。以前接入示波器時(shí)有炸管的情況，所以此次測量特意設(shè)計(jì)只讓半橋工作3個(gè)周期，由此看來，炸管是必然的，這樣的驅(qū)動波形，不炸都對不起它。
　　


　　再來一張示波器探頭沒有加在Vge的電流波形(如圖2)。
　　


　　沒錯(cuò)，兩個(gè)圖的藍(lán)線是相同的，驅(qū)動的探頭撤掉之后，整個(gè)世界都“安靜”了。不過這個(gè)電流的波形距離正弦波還是有距離的，怎么看怎么像是畸變過的波形，真是羨慕他們測得的光滑平整波形和漂亮的梯形波。如何測量驅(qū)動波形呢？以下是向大俠們吸取的一些經(jīng)驗(yàn)：
　　
　　不能正確掌握示波器的使用就只看一路，單獨(dú)看驅(qū)動波形或者單獨(dú)看CE波形。新的驅(qū)動波形僅供參考，這是驅(qū)動輸出沒有加載時(shí)的波形，加載后變化不大，只是上升沿及下降沿各有0.5微秒的鈄坡。驅(qū)動電壓幅度正負(fù)15V，單電源15V供電?？催@種波形還是模擬的好，信息量多，某單位生產(chǎn)線上用的是進(jìn)口的數(shù)字示波器，從UCE波形上無法看出電流相位大小，建議全部改用模擬的，調(diào)試人員從CE波形上一眼就可以看出電流相位大小，電路阻抗匹配、磁路阻抗匹配情況、整流后濾波電容是否合適、是否有干擾反射波、死區(qū)時(shí)間及零電壓電容適配情況、頻率跟蹤情況等等。
　　


　　在測量UCE的時(shí)候，直接使用高壓探頭接到CE兩端就可以了。示波器的三芯電源插頭的地線要剪掉，測量時(shí)外殼是帶電的，安全問題不可忽視。上了高壓就不要去調(diào)節(jié)示波器，事實(shí)上示波器調(diào)節(jié)好后就不要再去調(diào)節(jié)的，只看CE波形，其它的沒必要去研究。
　　
　　對于炸管問題，也進(jìn)行了一些調(diào)整，讓驅(qū)動輸出3個(gè)周期的硬開關(guān)脈沖，上臂-死區(qū)-下臂-死區(qū)，為一周期，用這樣的試探方法來觀察電路運(yùn)行情況。但是，當(dāng)關(guān)掉驅(qū)動信號之后,檢測到的自由振蕩頻率與計(jì)算后的相差很遠(yuǎn)。兩個(gè)諧振電容C ，Cr=2C，線圈電感Lr，則頻率：
　　


　　當(dāng)然公式是不會錯(cuò)的，式中的電感應(yīng)當(dāng)是有載電感，但有載電感沒能測出，即使測了有載電感，負(fù)載電流發(fā)生了變化，隨之等效電感也會變化，所以幾乎計(jì)算不了它的正確值。可以估算一下，直接上功率，看CE波形和看電流值就一目了然了。
　　
　　此IGBT電路能保證是ZCS的過零開通橋臂，但是無法保證ZVS，在本人看來，要想實(shí)現(xiàn)ZCS、ZVS同時(shí)存在必須橋臂開通時(shí)間足夠長，讓回路能量充分，達(dá)到一個(gè)閾值，使得當(dāng)電流趨于0時(shí)，續(xù)流二極管導(dǎo)通。
　　
　　因?yàn)闆]有實(shí)際做過實(shí)驗(yàn)，一般都是假設(shè)的情況，當(dāng)開通時(shí)間短之后，能量減小到一定程度，振蕩的頻率應(yīng)該會做出調(diào)整，保持諧振的頻率未必就是理想的波形。例如，開通短時(shí)間之后，為滿足諧振頻率，勢必要大幅增加死區(qū)時(shí)間，這樣的話，電流趨于0的時(shí)刻，諧振就不是原先的時(shí)間點(diǎn)了，可能很快達(dá)到0。按照常理看，電流振蕩的頻率是不會變的，就像是鐘擺，只要是擺臂長度固定，不論擺到多少角度，擺動的周期是固定的。其實(shí)就是固有頻率。但是半橋中自由振蕩的頻率跟諧振頻率萬往往是不一樣的，之前看過波形，停止驅(qū)動輸出后，電流自由振蕩的頻率要比諧振頻率高很多，就有可能發(fā)生下面的情況：
　　




　　f0是諧振頻率，f是由于開通時(shí)間較短，能量不夠，幅值上不去，相應(yīng)的振蕩頻率也變高。如果是這樣的話，為了保證工作在諧振頻率很可能在電流過0后的死區(qū)產(chǎn)生自由振蕩，若干個(gè)自由振蕩周期后的某個(gè)電流過0來開通橋臂。如圖5：
　　


　　通過炸管的教訓(xùn)，這樣的設(shè)想應(yīng)可以從開關(guān)電源的角度去試驗(yàn)。如果用開關(guān)電源調(diào)脈寬的方式可以調(diào)整輸出電壓，并且是理想的軟開關(guān)方式，那么開關(guān)電源的效率將會從80%多提高到96%以上，當(dāng)然是求之不得的事了。