电磁感应加热系统及IGBT功率模块驱动

摘要

目前电力电子技术已经成为新世纪应用最广泛和最受关注的技术之一。IGBT作为电力电子器件中的重要的一员,在现代电力行业发挥着越来越重要的作用,尤其是在节能降耗的方面也已经起到了不可替代的作用。因此IGBT的驱动、保护及其应用技术也成为电力电子行业研究的热点。本文研究了IGBT的驱动和保护电路并把其应用到注塑机的感应加热系统中。
　　 本文把所研制的IGBT驱动保护电路应用在电磁感应加热系统上,并且针对注塑机的特点设计了一款电磁感应加热系统。其中包括整流滤波电路、半桥逆变电路、控制电路、驱动电路和温度、电流等检测电路。
　　 本文的另一个重点分析了IGBT对驱动保护电路的要求,并且研制了一种单管IGBT驱动保护电路和一种IGBT半桥模块驱动保护电路。单管IGBT驱动电路的功能比较简单,只具有软关断和过流保护功能。而IGBT半桥模块驱动保护电路功能比较多,具有软关断、互锁、电平转换、错误信号电平转换、过流保护、供电电压监视、电源隔离和脉冲隔离电路等保护功能,适用于中大功率的IGBT半桥模块驱动。
　　 在电磁感应加热部分介绍了电磁感应加热的工作原理,分析了串并联谐振逆变器的拓扑结构和特点。根据注塑机的实际应用设计了两款主电路的拓扑结构,一款是针对小功率部分加热的拓扑结构,是单管IGBT的拓扑结构,另一款是针对中大功率加热部分的半桥IGBT拓扑结构。另外介绍了电磁感应加热的控制电路以及采用模糊PID算法对注塑机料筒进行温度监控调节。最后通过对系统的仿真和实验调试表明整个感应加热系统满足实际应用要求,运行可靠,适合于再注塑机行业中推广。
　　 最后,总结了本文的研究内容,并在此基础上对以后的工作做出了简单的展望。

目录

文摘

英文文摘

第一章 概述

1.1 本课题的理论意义和应用价值

1.1.1 电磁感应加热的意义

1.1.2 IGBT功率模块驱动的意义

1.2 感应加热技术发展现状

1.3 感应加热技术发展趋势

1.4 论文的主要工作

第二章 IGBT的特性及其驱动和保护

2.1 电力电子器件的发展趋势

2.2 IGBT的等效电路

2.3 IGBT栅极驱动要求

2.3.1 理想驱动电路的基本性能

2.3.2 栅极驱动功率、栅极电阻

2.3.3 IGBT的驱动条件

2.4 IGBT 的驱动电路

2.4.1 驱动电路的形式

2.4.2 分立元件构成的IGBT驱动电路

2.4.3 IGBT集成驱动电路

2.5 IGBT保护电路设计

2.5.1 IGBT过压保护电路

2.5.2 IGBT的过流保护

2.6 本课题所研制的IGBT的驱动和保护电路板

2.6.1 单管驱动电路板

2.6.2 IGBT半桥功率模块的驱动和保护电路

第三章 电磁感应加热系统

3.1 电磁感应加热的特点和原理

3.1.1 感应加热的特点

3.1.2 电磁感应加热原理

3.2 电磁感应加热系统的主电路拓扑结构

3.3 感应加热控制系统的硬件设计

3.3.1 MSP430系列单片机简介

3.3.2 单片机的电源电路、复位电路和报警电路

3.3.3 感应加热系统的保护电路

3.3.4 键盘显示电路

3.3.5 EEPROM电路和MAX232通信接口电路

第四章 感应加热系统的控制策略

4.1 感应加热系统调节功率的方式

4.2 软启动

4.3 PID调节

4.4 模糊自适应整定PID控制

4.5 感应加热系统软件设计

第五章 电路仿真及实验结果

5.1 仿真结果

5.2 实验结果

第六章 总结

附录

参考文献

致谢

学位论文评阅及答辩情况表