达林顿逆变器

复合电子元件（EBR)的介绍和分类；

复合电子元件（EBR），即Epitaxial Base Reflow，是一种在集成电路中，将不同晶体管连接构成具有特定功能的复合型电子元件，又称为复合晶体管。在分析时，EBR被视为一个整体处理。常见的复合晶体管包括达林顿晶体管、CC-CE复合管、复合p-n-p晶体管等。

其中，绝缘门极双极型晶体管（IGBT）是一种结合了双极型大功率晶体管GTR与功率场效应晶体管mosFET的复合型器件。IGBT通过正向门极电压形成沟道，提供晶体管基极电流以导通；相反，提供反向门极电压可以消除沟道，使IGBT因反向门极电流关断。IGBT集GTR和功率MOSFET的优点于一身，具有通态压降小、载流密度大、耐压高、驱动功率小、开关速度快、开关损耗低、输入阻抗高、热稳定性好等优点，因此备受青睐。IGBT的成功研制，为电力电子装置性能的提高，特别是逆变器的小型化、高效化、低噪化提供了有利条件。

集成门极换流晶闸管（IGCT）是常规可关断晶闸管GTO的替代品。与GTO相比，IGCT具有不用缓冲电路实现可靠关断、存贮时间短、开通能力强、关断门极电荷少和应用系统功率损耗低等优点。IGCT的开通和关断能力远优于GTO。在实际应用中，GTO的主要限制在于开关特性。IGCT通过改进GTO的结构，如将门极和阴极之间的电感减少至常规GTO的1/10，以及引线电感量降低至GTO的1/100，实现了上述优良特性。

MOS控制晶闸管（MCT）是由功率场效应晶体管MOSFET与晶闸管SCR复合而成的新型器件。每个MCT由成千上万的MCT元胞组成，每个元胞包括一个PNPN晶闸管、一个控制MCT导通的MOSFET和一个控制MCT关断的MOSFET。MCT具有功率MOSFET的高输入阻抗、低驱动功率、快开关速度，以及晶闸管的高电压、大电流、低压降特点。MCT的通态压降仅为IGBT或GTR的1/3，开关速度超过GTR。此外，MCT具有很强的导通di/dt和阻断dV/dt能力，工作结温可达150～200℃。MCT的同类器件还包括基极电阻控制晶闸管（BRT）及射极开关晶闸管（EST）。

电子注入增强栅晶体管（IEGT）在芯片设计上采用IGBT的元胞结构，并利用“电子注入增强效应”解决了大电流、高耐压的矛盾。IEGT集IGBT和GTO的优点于一身，具有低饱和压降、宽的安全工作区（吸收回路容量仅为GTO的1/10左右）、低栅极驱动功率（比GTO低2个数量级）以及较高的工作频率。此外，IEGT采用的平板压接式结构有望提高其可靠性。

PWM技术的几种PWM控制方法

采样控制理论中有一个重要结论：当冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。PWM控制技术就是基于这个结论，通过控制半导体开关器件的导通和关断，使输出端得到一系列幅值相等而宽度不相等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或其他所需的波形。通过按一定规则对各脉冲的宽度进行调制，既可以改变逆变电路输出电压的大小，也可以改变输出频率。

PWM控制的基本原理很早就已经提出，但由于电力电子器件发展水平的制约，在上世纪80年代以前一直未能实现。直到进入上世纪80年代，随着全控型电力电子器件的出现和迅速发展，PWM控制技术才真正得到应用。随着电力电子技术、微电子技术和自动控制技术的发展，以及各种新的理论方法，如现代控制理论、非线性系统控制思想的应用，PWM控制技术获得了空前的发展。到目前为止，已出现了多种PWM控制技术，根据PWM控制技术的特点，主要有以下方法。

1. 随机PWM方法：在上世纪70年代至80年代初，由于当时大功率晶体管主要为双极性达林顿三极管，载波频率一般不超过5kHz，电机绕组的电磁噪音及谐波造成的振动引起了人们的关注。为求得改善，随机PWM方法应运而生。其原理是随机改变开关频率使电机电磁噪音近似为限带白噪声，尽管噪音的总分贝数未变，但以固定开关频率为特征的有色噪音强度大大削弱。

2. SPWM（Sinusoidal PWM）法：这是一种比较成熟的，目前使用较广泛的PWM法。其原理是利用脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形控制逆变电路中开关器件的通断，使其输出的脉冲电压的面积与所希望输出的正弦波在相应区间内的面积相等，通过改变局旦培调制波的频率和幅值则可调节逆变电路输出电压的频率和幅值。

3. 等面积法：该方案实际上就是SPWM法原理的直接阐释，用同样数量的等幅而不等宽的矩形脉冲序列代替正弦波，然后计算各脉冲的宽度和间隔，并把这些数据存于微机中，通过查表的方式生成PWM信号控制开关器件的通断，以达到预期的目的。

4. 硬件调制法：硬件调制法是为解决等面积法计算繁琐的缺点而提出的，其原理是把所希望的波形作为调制信号，把接受调制的信号作为载波，通过对载波的调制得到所期望的PWM波形。

5. 软件生成法：由于微机技术的发展使得用软件生成SPWM波形变得比较容易，因此，软件生成法也就应运而生。软件生成法其实就是用软件来实现调制的方法，其有两种基本算法，即自然采样法和规则采样法。

6. 低次谐波消去法：是以消去PWM波形中某些主要的低次谐波为目的的方法。其原理是对输出电压波形按傅氏级数展开，表示为u(ωt)=ansinnωt，首先确定基波分量a1的值，再令两个不同的an=0，就可以建立三个方程，联立求解得a1、a2及a3，这样就可以消去两个频率的谐波。

7. 梯形波与三角波比较法：该方法是采用梯形波作为调制信号，三角波为载波，且使两波幅值相等，以两波的交点时刻控制开关器件的通断实现PWM控制。

8. 线电压控制PWM：对于三相无中线对称负载，逆变器输出不必追求相电压接近正弦，而可着眼于使线电压趋于正弦。因此，提出了线电压控制PWM，主要有马鞍形波与三角波比较法和单元脉宽调制法。

9. 电流控制PWM：基本思想是把希望输出的电流波形作为指令信号，把实际的电流波形作为反馈信号，通过两者瞬时值的比较来决定各开关器件的通断，使实际输出随指令信号的改变而改变。其实现方案主要有滞环比较法、三角波比较法和预测电流控制法。

10. 空间电压矢量控制PWM（SVPWM）：也叫磁通正弦PWM。它以三相波形整体生成效果为前提，以逼近电机气隙的理想圆形旋转磁场轨迹为目的，用逆变器不同的开关模式所产生的实际磁通去逼近基准圆磁通，由它们的比较结果决定逆变器的开关，形成PWM波形。

11. 矢量控制：也称磁场定向控制，其原理是将异步电动机在三相坐标系下的定子电流Ia、Ib及Ic，通过三相/二相变换，等效成两相静止坐标系下的交流电流Ia1及Ib1，再通过按转子磁场定向旋转变换，等效成同步旋转坐标系下的直流电流Im1及It1（Im1相当于直流电动机的励磁电流；It1相当于与转矩成正比的电枢电流），然后模仿对直流电动机的控制方法，实现对交流电动机的控制。

12. 直接转矩控制：与矢量控制不同，它不是通过控制电流、磁链等量来间接控制转矩，而是把转矩直接作为被控量来控制，它也不需要解耦电机模型，而是在静止的坐标系中计算电机磁通和转矩的实际值，然后，经磁链和转矩的Band-Band控制产生PWM信号对逆变器的开关状态进行最佳控制，从而在很大程度上解决了上述矢量控制的不足，能方便地实现无速度传感器化，有很快的转矩响应速度和很高的速度及转矩控制精度。

13. 单周控制法：又称积分复位控制（Integration Reset Control，简称IRC），是一种新型非线性控制技术，其基本思想是控制开关占空比，在每个周期使开关变量的平均值与控制参考电压相等或成一定比例。

14. 谐振软开关PWM：在常规PWM变换器拓扑的基础上，附加一个谐振网络，谐振网络一般由谐振电感、谐振电容和功率开关组成。开关转换时，谐振网络工作使电力电子器件在开关点上实现软开关过程，谐振过程极短，基本不影响PWM技术的实现。

达林顿晶体管用途

在电子学电路设计中，达林顿接法被广泛应用于功率放大器和稳压电源。

复合晶体管的引入，大幅降低了器件对驱动功率的需求，使得GTR在电力电子装置的应用更为广泛，将在功率晶体管的模块化进程中扮演重要角色。达林顿管因其独特的性能，常被用于大功率开关电路、电机调速、逆变电路等关键应用。

达林顿接法通过将两个或更多晶体管并联，形成一个复合的晶体管，以提高电路的功率输出能力。这种设计方式使得达林顿接法在需要高电流、高电压输出的应用场景中，展现出优越的性能。

在功率放大器中，达林顿接法能够提供更大的输出功率，满足大功率信号传输的需求。而在稳压电源中，它能够确保输出电压的稳定，适应不同负载的需求。

此外，达林顿接法在大功率开关电路中的应用，为电机调速提供了强大的技术支持。通过精确控制开关的导通和截止时间，实现电机的高效调速。在逆变电路中，它能够将直流电转换为交流电，广泛应用于太阳能逆变器、电动汽车等领域。

总的来说，达林顿接法以其独特的性能和广泛应用，成为了电子学电路设计中不可或缺的一部分。它不仅降低了对驱动功率的要求，还提高了电路的功率输出能力，为电子设备的高效运行提供了坚实的保障。

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