一文详解IGBT半桥逆变电路

IGBT半桥逆变电路分析

图1是半桥式逆变电路的原理图，它是在全桥式逆变电路的基础上用电容C1、C2代替了Q3、Q4两个IGBT管，而且一般C1=C2，当IGBT管未受触发信号作用时，VC1=VC2=E/2，当Q1管导通时，电容C1沿Q2管向变压器初级绕组N1放电，同时C2通过Q1、N1绕组被电源Ei充电，使VA下降。当Q1截止后Q2被触发导通时，C2放电，C1充电，VA上升，其上升的电压值和前次下降的电压值是相等的。

功率管截止时承受的电压及D1、D2管的作用于全桥式完全相同，只是节省了两只功率管，驱动电路也较简单，尤其是它具有较好的抗不平衡能力。这些优点使得半桥式逆变电路应用较为广泛，它的缺点是变压器初级绕组所得的电压总是一个电容（C1或C2）上的电压，近于电源电压E1的一半，为了获得与全桥式电路同样的输出功率，功率管和变压器初级必须通过全桥式电路两倍的电流，所以半桥式电路的输出功率不宜太大。

图1 全桥逆变与半桥逆变电路

半桥式逆变电路的拓朴结构如图2 所示，两只串联电容的中点作为参考点，

图2 半桥电路拓朴结构

当IGBT元件VT1 导通时，电容C1 上的能量释放到负载RL 上，而当VT2导通时，电容C2 上的能量释放到负载RL 上，VT1 和VT2 轮流导通时在负载两端获得了交流电能，半桥逆变电路在功率开关元件不导通时承受直流电源电压Ud，由于电容C1 和C2 两端的电压均为Ud/2（假设C1=C2），因此功率元件VT1 和VT2 承受的电流为2Id。实质上单相半桥电路和前一节讨论的单相推挽电路在电路结构上是对偶的，读者可自行分析半桥电路的工作过程。

半桥型逆变电路结构简单，由于两只串联电容的作用，不会产生磁偏或直流分量，非常适合后级带动变压器负载，当该电路工作在工频（50 或者60HZ）时，电容必须选取较大的容量，使电路的成本上升，因此该电路主要用于高频逆变场合 半桥式逆变器： 图3（a）所示为半桥式逆变器的主电路，它由两个容值相等的电容C1和C2构成。



一个桥臂，开关管V1和V2及反并联二极管D1和D2构成另一个桥臂，两个桥臂的中点A和B为输出端，可以通过变压器Tr变压输出，也可以由这两端直接等压输出。因为电容C1＝C2，容量较大，故其电压UC1=UC2=1/2Ui，ui是比较稳定的，中点B的电位基本不变。UB＝1/2Ui，而A点的电位则取决于开关管V1和V2的工作情况。

当开关管V1导通时，则UAB＝1/2ui。当开关管砀导通时，则UAB＝-1/2Ui。所以变压器次级的空载电压仍。为一个脉宽小于或等于180°电角的交流方波电压，其脉宽等于TOn，TOn为开关管V1，或V2的导通时间。U。的幅值频率等于逆变器的开关频率，即TS为逆变器的开关频率。

如果输出端接的是电阻负载RI－d，则负载电流的波形和输出电压U。的波形相同，其幅值IPd=Uo/RLd如图3（b）所示。如果输出端接的是电感负载L，则电感L的电流iL为三角波。在开关管v1，或V2导通期间，在电压U。的作用下，电流iL线性增加，其最大值：

                                                                                                                                                                                                                                                   -END-                                  

 

审核编辑：刘清