交流伺服電機(jī)及其控制第4章

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1、24828d第4章　交流伺服系統(tǒng)的功率變換電路4.1　交流伺服系統(tǒng)功率變換主電路的構(gòu)成4.2　功率開關(guān)器件4.3　功率變換主電路的設(shè)計4.4　PWM控制技術(shù)24828d4.1　交流伺服系統(tǒng)功率變換主電路的構(gòu)成1.整流電路2.濾波電路3.逆變電路4.緩沖電路5.制動電路24828d4.1　交流伺服系統(tǒng)功率變換主電路的構(gòu)成圖4-1　功率變換主電路24828d4.2　功率開關(guān)器件4.2.1　功率晶體管(GTR)4.2.2　金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)4.2.3　絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)24828d4.2.1　功率晶體管

2、(GTR)1.GTR的結(jié)構(gòu)與工作原理2.GTR的靜態(tài)性能3.GTR的動態(tài)性能和動態(tài)參數(shù)4.GTR的極限參數(shù)和安全工作區(qū)5.GTR的驅(qū)動電路24828d4.2.1　功率晶體管(GTR)圖4-2　GTR的結(jié)構(gòu)與電氣圖形符號a)內(nèi)部結(jié)構(gòu)斷面示意圖　b)電氣圖形符號24828d1.GTR的結(jié)構(gòu)與工作原理GTR的結(jié)構(gòu)和工作原理都與小功率晶體管非常相似。GTR由三層半導(dǎo)體、兩個PN結(jié)組成。和小功率晶體管一樣，有PNP和NPN兩種類型，GTR通常多用NPN結(jié)構(gòu)。但是GTR的集電極可以通過很大的電流，集電極與發(fā)射極之間可以承受很高的電壓，并且在實際應(yīng)

3、用中GTR經(jīng)常工作在開關(guān)狀態(tài)。GTR的電流放大倍數(shù)β一般都很小，為提高電流增益，GTR產(chǎn)品經(jīng)常將幾級達(dá)林頓連接封裝在一個管殼中。圖4-2為GTR的結(jié)構(gòu)與電氣圖形符號。24828d2.GTR的靜態(tài)性能圖4-3為GTR共射極輸出特性曲線，當(dāng)輸入不同的基極電流IB時，就可以得到一組集電極輸出電流IC與集電極-發(fā)射極電壓UCE關(guān)系的特性曲線。該曲線族大致可劃分為放大區(qū)、飽和區(qū)、截止區(qū)，GTR主要工作在截止區(qū)和飽和區(qū)。24828d3.GTR的動態(tài)性能和動態(tài)參數(shù)4-3.TIF24828d3.GTR的動態(tài)性能和動態(tài)參數(shù)4-4.TIF24828d4.

4、GTR的極限參數(shù)和安全工作區(qū)(1)GTR的極限參數(shù)(2)二次擊穿和安全工作區(qū)24828d圖4-5　二次擊穿特性24828d圖4-6　GTR的安全工作區(qū)a)正向SOA　b)反向SOA24828d5.GTR的驅(qū)動電路(1)導(dǎo)通時，基極正向驅(qū)動電流應(yīng)有足夠陡的前沿，并有一定幅度的強(qiáng)制電流，以加速開通過程，減小開通損耗。(2)GTR導(dǎo)通期，基極電流都應(yīng)使GTR處在臨界飽和狀態(tài)，這樣既可降低導(dǎo)通飽和壓降，又可縮短關(guān)斷時間。(3)在使GTR關(guān)斷時，應(yīng)向基極提供足夠大的反向基極電流，以加快關(guān)斷速度，減小關(guān)斷損耗。(4)應(yīng)有較強(qiáng)的抗干擾能力，并有一定

5、的保護(hù)功能。24828d5.GTR的驅(qū)動電路圖4-7　推挽式GTR驅(qū)動電路24828d圖4-8　典型推挽式GTR驅(qū)動電路24828d圖4-9　變壓器正反饋驅(qū)動電路及波形a)驅(qū)動電路　b)波形24828d4.2.2　金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)1.功率MOSFET的結(jié)構(gòu)與工作原理2.功率MOSFET的特性24828d1.功率MOSFET的結(jié)構(gòu)與工作原理(1)功率MOSFET的結(jié)構(gòu)(2)功率MOSFET的工作原理24828d(1)功率MOSFET的結(jié)構(gòu)功率MOSFET的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、等效電路和電氣圖形符號如圖4-10所示。其導(dǎo)

6、通時只有一種極性的載流子(多子)參與導(dǎo)電，是單極型晶體管。導(dǎo)電機(jī)理與小功率MOSFET相同，但結(jié)構(gòu)上有較大區(qū)別，小功率MOSFET是橫向?qū)щ娖骷?，功率MOSFET大都采用垂直導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，又稱為VMOSFET(VerticalMOSFET)。VMOSFET采取兩次擴(kuò)散工藝，并將漏極D移到芯片的另一側(cè)表面上，使從漏極到源極的電流垂直于芯片表面流過，這樣有利于減小芯片面積、提高電流密度和耐壓。24828d(2)功率MOSFET的工作原理圖4-10　功率MOSFET的結(jié)構(gòu)、等效電路和電氣圖形符號a)內(nèi)部結(jié)構(gòu)斷面示意圖　b)等效電路　c)電氣圖形

7、符號24828d2.功率MOSFET的特性(1)轉(zhuǎn)移特性(2)輸出特性(3)動態(tài)特性(4)MOSFET的安全工作區(qū)(5)功率MOSFET的驅(qū)動電路24828d圖4-11　MOSFET的特性曲線a)轉(zhuǎn)移特性　b)輸出特性24828d圖4-12　MOSFET的動態(tài)特性24828d圖4-13　MOSFET的安全工作區(qū)24828d4.2.3　絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)1.IGBT的基本結(jié)構(gòu)與工作原理2.IGBT的靜態(tài)特性3.IGBT的動態(tài)特性4.擎住效應(yīng)和安全工作區(qū)5.IGBT驅(qū)動電路的設(shè)計24828d1.IGBT的基本結(jié)構(gòu)與工作原理(1

8、)IGBT的基本結(jié)構(gòu)(2)IGBT的工作原理24828d圖4-20　IGBT的結(jié)構(gòu)、簡化等效電路和電氣圖形符號a)結(jié)構(gòu)　b)簡化等效電路　c)電氣圖形符號24828d2.IGBT的靜態(tài)特性(1)轉(zhuǎn)移特性(2)輸出特性24