IGBT整流器是用于将交流电转换为直流电的关键设备,它们通过精确控制IGBT的导通时间来实现对输出的调节,确保提供高质量、稳定的直流电供电。在某些情况下,还可以实施功率因数校正(PFC)以提高输入功率因数和减小谐波失真。IGBT整流器广泛应用于许多不同的应用,特别是在直流电压和电流的精确控制至关重要的电力系统和行业中。我们将从IGBT整流器的原理、组成和相关电气参数来了解它并进一步总结整流器为什么采用IGBT。
IGBT整流器的工作原理
整流是将交流电转换为直流电的过程,是IGBT整流器工作的基础。
交流转直流转换:市电首先向IGBT整流器提供交流电。通常交流电压输入是正弦波。
整流阶段:为了产生脉冲直流电压,首先使用二极管对交流电压进行整流。单向电流由二极管产生,只允许一个方向的电流流动。
滤波阶段:接下来,脉动直流电压通过滤波器,该滤波器通常由电感器和电容器组成。通过减少纹波并平滑电压波形,该级产生相对恒定的直流电压。
IGBT控制:然后向IGBT提供经过滤波的直流电压。输出电压和电流由IGBT管理。整流器通过调节IGBT的占空比和开关频率,根据负载的要求精确调节输出电压和电流。
反馈控制:持续监控输出,反馈机制(例如电压和电流传感器)向控制电路提供数据。根据反馈,控制系统修改IGBT开关,以提供稳定且精确的直流输出。
输出:最终结果是调节良好且纹波或谐波失真很小的直流电压,使其适合多种用途。
IGBT整流器的关键元件和方程
元件:IGBT、二极管、直流母线电容器。
参数:
1.交流电压输入(Vin):这是交流电源提供的电压。它通常是正弦曲线。
2.交流电流(Iin):从交流电源汲取的电流,由负载决定。
3.整流直流电压(Vdc):直流母线两端的直流电压。它是交流输入整流的结果。
4.直流电流 (IDC):流过负载的直流电流。
5.IGBT和二极管导通间隔(t):IGBT在特定时间间隔内导通,以控制直流母线两端的电压。
方程:
整流方程:整流直流电压(Vdc)可以使用以下方程计算为整流电压的平均值:
直流电流方程:根据欧姆定律,直流电流(IDC)与直流电压(Vdc)和负载相关,Rload是负载电阻。
控制方案:IGBT整流器的控制方案有很多其之间可能有所不同,但通常是涉及脉宽调制(PWM)来控制IGBT的导通,从而控制输出电压,当IGBT关闭或续流期间,二极管会导通,以允许电流单向流动。调节PWM信号的占空比来控制平均直流输出电压。
功率因数校正(PFC):在一些IGBT整流器中,附加控制用于功率因数校正,以提高输入功率因数。这通常是使用升压转换器和控制算法来实现的,以最大限度地减少谐波失真。
整流器为何采用IGBT?
可以看出来整流器主要的工作都是由二极管和IGBT完成的,再附上其它的电路监测和智能电路控制就是一个完整的整流器了,IGBT的功能和整流器所需的功能十分的匹配。
高频率开关能力: IGBT 具有较高的开关频率能力,这对整流器来说非常重要。整流器通常需要在电流方向上切换,以将交流电转换为直流电。高开关频率允许整流器更有效地执行这一任务,减少了损耗。
高电压容忍性:IGBT 在高电压条件下运行时,仍然能够提供可靠的性能。这对于整流器来说非常重要,因为它们经常需要处理高电压。
温度稳定性: IGBT 具有较好的温度稳定性,因此可以在高温环境下运行,这对整流器来说非常重要。整流器通常需要在工业环境中运行,可能会受到高温的影响。
可控性: IGBT 可以轻松地通过控制电压来调整电流,这使得整流器的输出可以根据需要进行调整。这对于在不同负载条件下提供稳定输出的整流器非常重要。
低开关损耗:IGBT 具有较低的开关损耗,这意味着在切换时会浪费较少的能量,从而提高整流器的效率。
IGBT 在整流器中被广泛采用,因为它们具有高频率开关、高电压容忍、温度稳定性、可控性和低开关损耗等特点,使得它们成为处理高电压、高频率和高温环境的理想选择。