大功率变频可调电源的设计与实现.docx

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1、大功率变频可调电源的设计与实现fenghy导语：介绍了用正弦脉宽调制SPWM技术实现调频调幅输出的串联谐振式电源的工作原理。该电源采用了IGBT模块构成的半桥逆变电路，它具有IGBT驱动、过压、过流、过热保护及故障锁定功能。摘要介绍了用正弦脉宽调制SPWM技术实现调频调幅输出的串联谐振式电源的工作原理。该电源采用了IGBT模块构成的半桥逆变电路，它具有IGBT驱动、过压、过流、过热保护及故障锁定功能。关键词正弦脉宽调制，IGBT模块，故障锁定，电源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。很多电力测试仪器都要求大功率、高性能以知足电力设备的测试要求。目前，市场上的大功率开关电源，

2、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，它们都不能知足小型、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，难以知足高压大电流的要求；双极型功率晶体管固然能知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

3、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，幅值便可到达调频调幅输出，逆变输出为串联谐振式输出，将高频载波信号滤掉，进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，同时还防止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，锁定功能将制止开通IGBT，当故障出现时

4、，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，电源局部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。驱动电路那么采用三菱公司消费的IGBT专用驱动模块EXB840，该驱动模块能驱动高达150A600V和75A1200V的IGBT，该模块内部驱动电路使信号延迟1s，所以适用于高达40kHz的开关操纵。用此模块要留意，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

5、路如图2所示。4逆变与缓冲电路该电源采用半桥构造串联谐振逆变电路，主电路原理如图3所示。在大功率IGBT谐振式逆变电路中，主电路的构造设计特别重要，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Ldidt不可无视，由于本电源采用的是半桥逆变电路，相对全桥电路来讲，将产生比全桥电路更大的didt。正确设计过压保护即缓冲电路，对IGBT的正常工作特别重要。假如缓冲电路设计不当，将造成缓冲电路损耗增大，会导致电路发热严重，轻易损坏元件，不利于长期工作。经过是：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VccLdidt，此时前一工作周期以被充

6、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ID1ILIC，因此IL和didt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LmI22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完毕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，而且进步了工作效率，增加了工作平安性，降低了劳动强度。