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          IGBT直流穩(wěn)壓大功率電源設(shè)計之電路設(shè)計方案

          作者: 時間:2018-08-15 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

          直流大功率電源是目前工業(yè)、照明等領(lǐng)域中不可或缺的重要組成部分,也是很多工程師的重點(diǎn)設(shè)計方向之一。此前我們曾經(jīng)分享過幾種穩(wěn)壓直流大功率電源的設(shè)計方案,也得到了各位工程師們的歡迎和支持。在今明兩天的文章中,我們將會為大家分享一種大功率方案。在本方案中,單片機(jī)控制的逆變電源的總體框圖如圖1所示,整套裝置主要由電源主電路、PWM控制電路、驅(qū)動電路和單片機(jī)控制電路四部分組成。

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/201808/386929.htm

          圖1單片機(jī)控制的逆變電源的總體框圖

          電源的主電路及驅(qū)動電路

          在本方案中,我們所涉及的這一大功率開關(guān)電源的主電路,主要用來實現(xiàn)輸入功率到輸出功率的能量轉(zhuǎn)換。這一電源系統(tǒng)從遵循一般逆變的AC—DC—AC形式。在這一電源系統(tǒng)中,三相工頻交流網(wǎng)路電壓經(jīng)過整流模塊整流和濾波,得到大約540V的直流電壓。該直流電壓施加到由功率開關(guān)管和中頻變壓器組成的逆變器上。由四個功率開關(guān)管組成橋的四臂,中頻變壓器連接在它們中問,相對橋臂上的兩對功率開關(guān)管由柵極驅(qū)動電路以脈沖方式激勵而交替地通斷,將直流電壓變換成20kHz的中頻交變電壓,中頻變壓器同時將大約540V的電壓降為24V左右的電壓,然后經(jīng)整流、濾波后,輸出直流電壓。

          在這一大功率電源的全橋電路中,我們假設(shè)變壓器的電壓為U,輸出功率為P1,如果假定逆變器的效率為85%,占空比為0.8,則管的工作電流可以計算為:Ie=1.46P0|Us.

          在本方案中,我們所設(shè)計的這一大功率電源中,輸出電壓是直流低電壓,具有一定的輸出功率。輸出電路J二對中頻變壓器次級的中頻方波電壓進(jìn)行整流濾波。為了獲得高質(zhì)量的直流輸出電壓,需要一些特殊的元器件,如肖特基勢壘整流二極管以及存儲能的電感,以產(chǎn)生低噪音的輸出電壓。

          輸出整流和濾波電路

          在本方案中,我們所設(shè)計的這一大功率電源方案中,全橋式逆變電器的輸出電路如圖2所示,由于二極管D7、D8都給輸出端提供半周期的電流,所以它們分擔(dān)著相等的負(fù)荷電流,它們不需要續(xù)流二極管,因為當(dāng)一個二極管截止時,另一個二極管就導(dǎo)通起到了續(xù)流的作用。但是,對二極管的反向截止電壓參數(shù)的要求就高了,它的最小值可計算為:2.4VoVimax/Vimin。

          在這一全橋式逆變器的輸出電路系統(tǒng)中,其整流二極管必須具有正向降低、快速恢復(fù)的特點(diǎn),還應(yīng)有具有足夠的輸出功率。在實際應(yīng)用中,肖特基勢壘整流二極管即使在大的止向電流作用下,其正向壓降也很低,僅有0.4V左右。由于它具有這一優(yōu)點(diǎn),使得肖特基勢壘整流二極管特別適用于5V左右的低電壓輸出電路中。肖特基勢壘整流二極管的反向恢復(fù)時問是可以忽略不計的,因為此器件是多數(shù)載流子半導(dǎo)體器件,在器件的開關(guān)過程中,沒有消除少數(shù)載流存儲電荷的問題。

          在本方案中,我們所設(shè)計的基本控制電路,即PWP控制電路的任務(wù),是根據(jù)單片機(jī)輸出的電流給定值與實際電流反饋值的差值,通過調(diào)節(jié)輸出脈沖的占空比來實現(xiàn)穩(wěn)定的輸出。

          圖2 全橋式逆變器輸出電路

          單片機(jī)控制電路

          在本方案中,我們所設(shè)計的這一大功率開關(guān)電源如果需要實現(xiàn)的運(yùn)行效果,則其單片機(jī)系統(tǒng)控制電路需要用來輸出其所需的電壓、電流,以實現(xiàn)一開始所要求的電源的電流和電壓的穩(wěn)定性,其工作主要依靠程序運(yùn)行來輸出適當(dāng)?shù)目刂菩盘枴T陔娫吹挠布到y(tǒng)中,單片機(jī)主要通過采樣電路中的電壓、電流值,與給定值比較后可自動調(diào)節(jié),同時還可顯示電路中的電壓、電流值,具有監(jiān)控功能單片機(jī)控制電路由MPS430最小系統(tǒng)、D/A轉(zhuǎn)換電路、數(shù)碼顯示及鍵盤輸入電路、I/O接口電路組成。其核心部件為MPS430單片機(jī)。

          驅(qū)動電路及IGBT的保護(hù)

          在本方案中我們所設(shè)計的驅(qū)動電路系統(tǒng),其主要功能是用來將脈寬調(diào)制電路輸出的控制脈沖轉(zhuǎn)換成符合開關(guān)功率器件要求的電平和阻抗形式,并對驅(qū)動信號進(jìn)行功率放大,并保證一定的脈沖前沿、后沿陡度,使其有足夠的能力使IGBT飽和導(dǎo)通。同時實現(xiàn)主電路和控制電路之問的電氣隔離作用和故障信號的采集作片j,其對功率開關(guān)元件的開關(guān)時間、損耗等有著直接的影響。另外,還需要在開關(guān)器件的工作點(diǎn)超出安全工作區(qū)時提供保護(hù)信號。根據(jù)這一大功率開關(guān)電源的設(shè)計要求,我們所選取的IGBT管的型號主要是HL402(400A/600V及300A/1200V)。



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