大功率直流電機測試電源設計源

① 額定電壓
輸入電網(wǎng)電壓整流濾波后，直流輸出的電壓最大值：
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其中，Ud為IGBT承受的穩(wěn)態(tài)最大電壓，U為電網(wǎng)電壓有效值為380V；1.1為波動系數(shù)；α安全系數(shù)取1.1。

關斷時的峰值電壓Uce為988V，額定電壓應向上取，實際電壓等級值取1200V。

② 額定電流Ic
高頻變壓器一次側電流
I1=I2×N2/N1=125A
其中，I1為高頻變壓器一次側電流，I2為測試電源輸出電流，N1、N2為高頻變壓器一次側和二次側匝數(shù)。
每只IGBT管上的平均電流I為63A。

額定電流Ic是IGBT手冊上給出的在結溫25℃條件下的額定值，Ics=186A。

其中，Ics為IGBT額定電流計算值；I為每只IGBT管上的平均電流；1.414為峰值系數(shù)；1.5為Imin過載容量系數(shù)；1.4為Ic減小系數(shù)。額定電流Ic是根據(jù)管子電流等級按200A取。綜上所述，IGBT管的額定電壓為1200V，額定電流為200A。因此，IGBT選擇西門子大功率IGBT模塊BSM200GB120DLC。

4 輸出整流電路設計
開關整流二極管不僅應有短的反向恢復時間和小的反向恢復電流，而且反向電流的恢復速度以緩慢為好，便于減小噪聲。常用的有摻金擴散型、外延型、肖特基型和快恢復型（PIN）。其中，快恢復型的特點是正向壓降低，常溫時0.85V，隨結溫升高，正向電壓降會更低，150℃時只有0.6V，和肖特基管接近；反向時間短，不大于200ns；反向漏電流在150℃時和額定電壓下只有1mA，接近普通整流二極管。故選用快恢復型二極管。

對于單相全波整流電路，整流二極管額定電流：
IN=0.5×I2=500A
式中，IN為整流二極管額定電流；I2為電源輸出電流1000A
管上承受最大反壓：
Um=2×U2=136V
其中，U2為測試電源輸出電壓幅值68V?？紤]到留有一定的裕量，因此，二極管按電壓300V，電流2000A選取。最終選擇的是ZK300-35ZT3平板型快恢復二極管。
　　
控制電路設計
本設計中控制電路選用移相控制。移相式PWM控制器通過移相，使全橋的四個開關輪流導通。在同一橋臂的兩個開關管輪流導通過程中，通過變壓器的漏感與開關管的輸出寄生電容組成諧振腔使電容上的電壓以最快的速度放電，保證開關管處于零電壓開關狀態(tài)(ZVS)，從而避免了開關工作過程中電壓電流的重疊。

PWM移相控制是通過UC3875的誤差放大器來實現(xiàn)的，在UC3875的4角上接PI調(diào)節(jié)器，利用電壓傳感器將輸出電壓與給定基準電壓相比較，從而控制A、B與C、D之間的相位，最終調(diào)整波形占空比，使電源穩(wěn)定在預定值上。A/B、D/C兩個半橋，可單獨進行導通延時(即死區(qū)時間)的控制，在該死區(qū)時間內(nèi)確保下一個功率開關器件的輸出電容放電完畢，為即將導通的開關器件提供電壓開通條件。

圖3所示是本設計的控制電路圖。

圖3 控制電路

驅動電路設計
隨著IGBT在各類變流裝置中的廣泛應用，IGBT驅動模塊的選擇及其性能越來越引起使用者的重視。理想的驅動模塊除了應為IGBT提供足夠的開通和關斷柵壓外，還應具備迅速、可靠的保護功能，同時力求電路簡單、穩(wěn)定。IGBT的常用驅動模塊有許多種，其中EXB系列應用最廣。EXB841驅動模塊廣泛應用于開關電源、UPS、電力傳動及電力補償?shù)阮I域。

圖4所示是本設的IGBT的驅動電路圖。

圖4 驅動電路

IGBT在開關過程中需要一個+15V電壓以獲得低開啟電壓，還需要一個5V關柵電壓以防止關斷時的誤動作。

這兩種電壓均可由20V供電的驅動器內(nèi)部電路產(chǎn)生。