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《MOSFET与IGBT组合器件在高频开关电源中的应用及仿真》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。
1、研究与试验湖南电力第26卷/2006年第1期MOSFET与IGBT组合器件在高频开关电源中的应用及仿真彭刚毅,吴军昌(湖南大学电气与信息学院,湖南长沙410006)摘要:介绍了MOSFET和IGBT的工作原理和特性,分析了它们的组合(并联)应用效果,并将之运用于DC-DC全桥变换器中;介绍了一款仿真软件Simplorer,通过它来进行仿真研究,并对仿真结果进行分析。关键词:高频开关电源;DC-DC变换器;Simplorer中图分类号:TM44文献标识码:A文章编号:1008-0198(2006)01-0008-03Ap
2、plicationandsimulationofMOSFETandIGBTcombineddeviceinhigh-frequencySMPSPENGGang-yi,WUJun-chang(HunanUniversity,Changsha410006,China)Abstract:ThispaperintroducestheworkprincipleandcharacteristicsofMOSFETandIGBT,analyzestheeffectoftheirparallelconnection,andusesth
3、ecombineddeviceinDC-DCfull-bridgeconverter.AsimulationsoftnamedSimplorerisusedforsimulationstudyandthesimulationresultisanalyzed.Keywords:highfrequencySMPS;DC-DCconverter;Simplore通管耗和截止管耗,提高了效率和可靠性。图1中1前言G1,G2为2管的栅极,2个栅极送出的控制信号如早期的开关整流器采用的半导体器件主要有双极型晶体管和场效应晶体管(M
4、OSFET)。双极型晶体管导通电阻低,损耗小,技术成熟,适合小功率开关电源使用。场效应晶体管开关速度快,驱动电路简单,是目前较理想的开关元件,在开关电源中应用较广。但MOSFET导通电阻较大,通过大电流时导通压降也较大,影响整机效率。IGBT是一种绝缘型双极性晶体管,为了克服以上缺点,将其与MOSFET并联使用,可以取得较理想的效果。IGBT图1MOSFET和IGBT并联图的输入电路特性与MOSFET相同,输出电路特性图2中的(a),(b)。当2管并联时,在t1～t2时间与双极型晶体管相同。两者并联使用,兼有区域,MO
5、SFET和IGBT同时受电压控制,快速饱MOSFET容易驱动和IGBT导通压降低的特点,能和,由于IGBT饱和电压低,将DS两端电压嵌位在够有效的减少开关损耗。2V,这样大大降低了2管的饱和压降;在t2～t3时2MOSFET和IGBT的组合应用刻,IGBT趋向截止,虽有拖尾,但MOSFET仍处在饱和状态,所以该组合管无拖尾现象;在t3时刻,MOSFET和IGBT的并联使用,大大降低了导MOSFET快速截止,此时IGBT也截止完毕,如图收稿日期:2005-11-24第26卷/2006年第1期湖南电力研究与试验2中(c)所
6、示。这样大大降低了组合管的截止损耗,4仿真与结果分析同时也提高了效率和可靠性。4.1仿真主电路图参见图3,其中:E5为550V直流电源,C1为大容量电容,T1～T4为IGBT管,分别与MOSFET并联。以第1对开关管为例来说明驱动情况:IGBT和MOSFET的驱动电路结构相同,都是由1个电压源(为SPWM控制信号输入)串接1个电阻所组成(电阻值18),从IGBT和MOSFET的控制信号(参见图2)可知,MOSFET的输入控制信号比IGBT的控制信号需要一定量的关断延时,而不能同时关断,才能起到降低关断损耗的目的。所以建
7、立的SPWM波控制信号产生模块如图4。SINE1为正弦波发生器,TRIANG1为三角图2MOSFET和IGBT并联导通波形图波发生器,幅值均为1,相减后输入到比较器COMP1,大于0则输出正值,小于0则输出负值,以3DC-DC全桥变换器COMP1的输出作为开关管T1和T4的控制信号,图3是用Simplorer绘制的,其中TFR1～COMP1的输出经NEG1取反器取反来作为开关管TFR3为高频变压器,TFR1为原边,TFR2,TFR3T2,T3的控制信号。为副边,匝数比为1∶1∶1。电路的简单原理为:开关管T1～T4构成
8、桥的4臂,以SPWM方式激励而交替通断。输入直流电源,在变换过程的第1个半周期内,开关T1和T4同时闭合,T2和T3打开;然后在第2个半周期开关T2和T3闭合,T1和T4打开。这样在变压器原边就通过逆变得到了交流电,再通过副边的2个二极管变换成正向的脉动电流,通过R,L,C回路变换成直流接到负载。图4SPWM波产生模块COMP1输
