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                介绍大功率变频可调电源的设计

                时间:2013-01-19 21:26:13来源:原创 作者:admin 点击:

                1 引言


                  正弦脉宽调制和变频调速技术在工业控制领域的应用日见广泛。许多电力测√试仪器都要求大功率、高性能以满足∏电力设备的测试要求。目前,市场上的大功率开关电源,其核心功々率器件大都采用MOSFET半导体场效应晶体管和双极型功率晶体管,都不能满足小型、高频、高效率的要求。MOSFET场效应晶体管具有开关速度快和电压型控制的特点,但其通态电阻大,难以满足高压大电流的要求;双极型功率晶体管虽然能满足高耐压大电流的要求,但没有快速的开◥关速度,属电流控制型器件,较大的功率驱动。绝缘栅双极型功率晶体IGBT集MOSFET场效应晶体管和双极型功率晶体管于一体,具有电压↘型控制、输入阻抗大、驱动功率▓小、开关速度快、工作频率高、容量大等优点。用高性能的》绝缘栅双极型功率晶体IGBT作开关逆变元件、采用变频调幅技术研制的逆变电源,具有效率高、性能可靠、体积小等优点。
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                  2 工作原理


                  该电源采用高频逆变技术、数字信号发生器、正弦脉⌒宽调制和变频调幅、时序控制上电和串联谐振式输出。电源具有效率高、输出功率大、体积小等优点,其总体原理框图如图1
                  由数字信号发生器产♂生的正弦波被25kHz的三角调制波调制,得到一个正弦脉宽调制波,经驱动电路驱动逆变元件IGBT。改变正弦波的频率,幅值便可达到调频调幅输出,逆变输出为串联谐振式输出,将高频载波信号滤掉,从而得到所需频率的正弦信号。时序控制电路用来控制功率源供电电源在上电时缓慢上电,确保电↙源上电时电流平稳,还避免非过零点开关带来的冲击;在控制电路中还设计了故障锁定功能,一旦电源故障,锁定功能将禁止开通IGBT,当故障出现时,IGBT被锁点开通,大容量滤波电容会储存很高的电能。,电源部分有故障保护自动切断工作电源和自动放电功能,整机设计有双重过流、过压和过热等完善的保护功能。
                  
                  
                 
                  3 控制与驱动电路


                  控制电路指主控电路,正弦脉宽调制波的产生,占空比调节和故障锁定电路。控制电路的正弦调制波,可根据应用调节其频率。驱动电路则采用三菱公司生产的IGBT专用驱动模块EXB840,该驱动模块能驱动高达150A/600V和75A/1200V的IGBT,该模块内部驱动电路使信号延迟≤1μs,适用于高达40kHz的开关操作。用此模块要注意,IGBT栅射极回路接线小于1M,栅射极驱动接线应当用绞线。EXB840的驱动电路如图2
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                  4 逆变与缓冲电路


                  该电源采用半桥结构串联谐振逆变电路,主电路原理如图3。在大功率IGBT谐振式逆变电路中,主电路的结构设计十分重要,电路︾中存在引线寄生电感,IGBT开关动作时在电感上激起的浪涌尖峰电压Ldi/dt不可忽视,本电源采用的是半桥逆变电路,全桥电路,将产生比全桥电路更大的di/dt。正确设计过压保护即缓冲电路,对IGBT的正常工作十分重要。缓冲电路设计不当,将造成缓冲电路损耗增大,会导致电路发热严重,损坏元件,不利于长期工作。
                  
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                  过程是:当VT2开通时,随着电流的上升,在线路杂散电感Lm的作用下,使得Uab下降到Vcc-Ldi/dt,前一工作周期以被充电到Vcc的缓冲电容C1,通过VT1的反并联二极管VD1、VT2和缓冲电阻R2放电。在缓冲电路中,流过反并联二极管VD1的瞬时导通◥电流ID1为流过线路杂散电感电流IL和流过缓冲电容C1的电流IC之和。即ID1=IL+IC,IL和di/dt于无缓冲电路要小得多。当VT1关断时,线路杂散电感Lm的作用,使Uce迅速上升,并大于母线电压Vcc,缓冲二极管VD1正向偏置,Lm中的储能(LmI2/2)向缓冲电路转移,缓冲电路吸收了贮能,不会造成Uce的明显上升。   <<版权声明:本站内容部分来源于网络,如侵犯到你的权利请及时与我们联系更正,联系QQ:316520686。》




                  5 缓冲元件的计算与选择
                 
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                  式中:f—开关频率;Rtr—开关电流上升时间;IO—最大开关电流;Ucep—瞬态电压峰值。
                  在缓冲电路的元件选择中,电容要选择耐压较高的电容,二极管最好选择高⌒ 性能的快恢复二极管,电阻要用无感电阻。
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                  该电源已经成功地应用于大功率电力测试仪器,与传统方法相比,不仅测量精度高,而且提高了工作效率,了工作安全性,降低了劳动强度。


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