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千金-益母颗粒大功率變頻可調電源的設計與實現

发布时间:2020-02-14 12:05:51

大功率变频可调电源的设计与实现

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,它们都不能满足小型、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,需要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

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所示

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,同时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,这时大容量滤波电容会储存很高的电能所以,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,包括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,可根据实际应用情况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,所以适用于高达40kHz的开关操作用此模块要注意,IGBT栅射极回路接线必须小于1M,栅射极驱动接线应当用绞线EXB840的驱动电路如图2所示

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所示在大功率IGBT谐振式逆变电路中,主电路的结构设计十分重要,由于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,由于本电源采用的是半桥逆变电路,相对全桥电路来说,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如果缓冲电路设计不当,将造成缓冲电路损耗增大,会导致电路发热严重,容易损坏元件,不利于长期工作

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,此时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,因此IL和di/dt相对于无缓冲电路要小得多当VT1关断时,由于线路杂散电感Lm的作用,使Uce迅速上升,并大于母线电压Vcc,这时缓冲二极管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

5 缓冲元件的计算与选择

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

6 结束语

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,增加了工作安全性,降低了劳动强度

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