一種應(yīng)用于感應(yīng)加熱的并聯(lián)諧振逆變電源設(shè)計方案

圖5逆變器觸發(fā)控制電路

圖5顯示了逆變器觸發(fā)控制電路的構(gòu)成。對逆變電源的負(fù)載正弦電壓采作為鎖相環(huán)PLL的輸入?yún)⒖茧妷??？紭?、過零比較，得到U1(t)，慮到觸發(fā)，驅(qū)動電路和開關(guān)器件的延時等情況，在PLL內(nèi)部加入了相位補(bǔ)償電路，構(gòu)成無相差鎖相環(huán)電路。鎖相環(huán)的輸出電由U2(t)產(chǎn)生的 Ⅰ、Ⅱ兩路壓U2(t)與輸入 U1(t)可實(shí)現(xiàn)零相位差，驅(qū)動輸出即可實(shí)現(xiàn)圖4中逆變器VT1~VT4的觸發(fā)脈沖波形。

3 IGBT驅(qū)動保護(hù)電路分析

本電源采用IGBT作為逆變開關(guān)和直流斬波器件，雖然具有電流容量大、驅(qū)動功率小、開關(guān)頻率高等優(yōu)點(diǎn)，但I(xiàn)GBT過流過壓能力相對晶閘管較弱，尤其是其承受反壓能力更加脆弱。因此IGBT驅(qū)動及保護(hù)電路性能的好壞直接影響到電源運(yùn)行的可靠性和高效性。本設(shè)計中IGBT的驅(qū)動采用日本富士公司EXB系列的 EXB841集成化驅(qū)動電路，它適合驅(qū)動300A/1200V以下的IGBT,其最高工作頻率為40kHz.

圖6為IGBT驅(qū)動保護(hù)電路，當(dāng)IGBT在發(fā)生故障或調(diào)試時出現(xiàn)過電流或短路的情況，可通過EXB841驅(qū)動電路內(nèi)部設(shè)有電流保護(hù)功能進(jìn)行保護(hù)，EXB841判斷過流的依據(jù)是檢測IGBT的集-射極間的電壓，這里在IGBT集電極與EXB841的6腳間串聯(lián)一個快速恢復(fù)二極管 EAR34-10,該二極管正向?qū)▔航禐?V,反向恢復(fù)時間150ns.可以有效地提高EXB841對過流判斷的靈敏度，增強(qiáng)保護(hù)能力。為防止IGBT 受外界干擾使柵射電壓過高引起器件誤導(dǎo)通，尤其是在有上下橋臂的變換器或逆變器中，易造成同臂短路。在柵射極并接一電阻RGE,并在柵射極間并接2只反向串聯(lián)的穩(wěn)壓管。

在設(shè)計中同時還加入了RS觸發(fā)器：當(dāng)IGBT發(fā)生過流時，EXB841的5腳電平為低，RS觸發(fā)器的S端變?yōu)楦唠娖?，輸出端Q輸出高電平，經(jīng)過三極管輸出的本地過流信號為低，此電平加到與門上可封鎖EXB841的輸入信號，達(dá)到及時撤出柵極信號、保護(hù)IGBT的目的。

一個可封鎖EXB841的輸入的信號為母線過流信號，如圖7所示。當(dāng)逆變器輸出端負(fù)載短路、逆變驅(qū)動電路工作不正?；驌Q流失敗時，均會引起短路過流。通過霍爾電流傳感器監(jiān)視逆變器輸入的直流母線的電流，轉(zhuǎn)換成電壓信號，送入高速比較器與基準(zhǔn)電壓相比較，當(dāng)超過基準(zhǔn)電壓時，表示有母線有過流情況發(fā)生，過流保護(hù)動作。比較器輸出高電平，三極管導(dǎo)通，則輸出為低，實(shí)現(xiàn)可靠的過流保護(hù)。

4 結(jié)語

本文提出的并聯(lián)諧振逆變電源控制電路設(shè)計方案，針對其主電路、斬波電路及逆變器控制電路等進(jìn)行了設(shè)計和分析，方案中所設(shè)計的PWM斬波功率調(diào)節(jié)電路中運(yùn)用PI調(diào)節(jié)閉環(huán)控制能夠提高系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性。經(jīng)過對逆變器的過流保護(hù)分析，比較器輸出高電平，三極管導(dǎo)通，則輸出為低，可實(shí)現(xiàn)在加熱過程中負(fù)載參數(shù)變化時對諧振工作頻率的自動跟蹤，使逆變器工作在容性近諧振狀態(tài)，保證逆變器的運(yùn)行安全。