【正文】 。 在逆變電源中，對(duì)功率半導(dǎo)體器件 (尤其是開(kāi)關(guān)管 )有如下基本要求： 耐電壓值高； 開(kāi)關(guān)速度快，開(kāi)關(guān)損耗低； 動(dòng)態(tài)特性 di/dt 及 dv/dt 耐量要高； 耐沖擊電流大，可靠工作范圍大； 熱穩(wěn)定性好。 逆變器中最重要的一個(gè)器件就是功率開(kāi)關(guān)元件，而功率開(kāi)關(guān)元件正朝著高壓大容量、集成化、全控化、高頻化及多功能化方向發(fā)展。但是經(jīng)過(guò)實(shí)際調(diào)試發(fā)現(xiàn)，隨著逆變工作頻率提高，管子的功耗也增大，相應(yīng)的散熱器體積總量增大，不利于電源整機(jī)體積的縮小，而且還會(huì)導(dǎo)致電路 參數(shù) 推挽式 全橋式 半橋式 功率開(kāi)關(guān)管集射極間施加電壓 穩(wěn)態(tài) 為 2E,漏感引起的尖峰V maxce 2E 穩(wěn)態(tài)為 E,二級(jí)管相位 V maxce E 同全橋 輸出相同功率時(shí)集電極電流 Ic Ic 2Ic 功率開(kāi)關(guān)管數(shù)量 2 4 2 輸出濾波電容數(shù)量 1 1 2 宜獲得的輸出數(shù)量 大 大 中等 14 變壓器漏抗惡化，從而影響電源的正常工作。顯然，當(dāng) B 一定時(shí)，提高逆變頻率不僅可降低變壓器的體積和重量，而且使控制精度提高。 選擇逆變頻率時(shí)應(yīng)考慮： 能有效地減少變壓器的體積和重量； 所采用的開(kāi)關(guān)元器件的頻率特性； 經(jīng)濟(jì)性。 通常 3dU ＝ 5+(3～ 4) ＝ 8～ 9V 取 3dU ＝ 9V。 3．單片機(jī)用 +5V穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì) 單片機(jī)用 +5V穩(wěn)壓電源，要求能夠輸出 200mA 電流。 負(fù)載電阻 22215 151scfzfzUR I? ? ? ? () 同理30fzR ??實(shí)取 3C ＝ 5C ＝ 1667μF ， 2C = 4C =3333μF 耐壓 63V。 運(yùn)算放大器穩(wěn)壓電源 電路如圖 4所示。輸出直流電壓為 177。 式中 1fzR 為整流電源的總負(fù)載，即 ?fzR T為直流電源周期， T＝ sCRfz ? () ??C μ F () 取 1C ＝ 100μF ，耐壓為 63V 的電解電容器。 4)選擇整流二極管 流過(guò)二極管的電流： mAId ? 帶負(fù)載時(shí)，整流電壓 1dU ≈ 21 () 則變壓器副邊的最大反向有效值21U為： VUU d 121 ?? () 二極管承受的最大反向電壓為： VU 21 ??? () 因此，可選用最大整流電流為 50mA，最大反向 工作電壓為 100V 三相 橋式整流塊即可。10% ，則 max1dU ＝ 1dU 60 ＝ 66V () min1dU ＝ 1dU ＝ 54V () m i nm i n1m a xm a xwscdwscd I UURI UU ???? () 取 1R ＝ 1000? 。 2)選定直流輸入電壓 1dU 通常選 VUU scd 7050)32(1 ?????? () 在此我們?nèi)?1dU ＝ 60V。設(shè)電源輸出電流 zI ＝ 50mA 時(shí)，流過(guò)穩(wěn)壓管 VD5 的電流 wI ＝ 5mA。有驅(qū)動(dòng)器模塊的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)得知，需 要穩(wěn)壓電源提供 25V 直流電源，最大輸出電流不大于 50mA 即可。 肖特基勢(shì)壘整流二極管的反向恢復(fù)時(shí)間是可以忽略不計(jì)的，因?yàn)榇似骷嵌鄶?shù)載流子半導(dǎo)體器件，在器件的開(kāi)關(guān)過(guò)程中，沒(méi)有消除少數(shù)載流存儲(chǔ)電荷的問(wèn)題。因?yàn)樵谝话闱闆r下，低電壓輸出所驅(qū)動(dòng)的負(fù)載電流都很大。在電源中，可以使用三種類型的整流二極管： 1) 高效快速恢復(fù)二極管 2) 高效超快恢復(fù)二極管 3) 肖特基勢(shì)壘整流二極管 肖特基勢(shì)壘整流二極管即使在大的正向電流作 用下，其正向壓降也很低，僅有 左右。Vimax / Vimin 2．功率整流器的特點(diǎn) 10 全橋式逆變器的輸出電路如圖 3所示： 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN um be r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 4 J u n 2 00 7 S he e t o f F i l e : C : \ D oc um e n t s a nd S e t t i ng s \ x ux i a n g1 12 8\ 桌面 \弧焊機(jī)圖 2 .D D BD r a w n B y :C 1 4R7R1R8T1D7D8C 1 3 LC 1 5C 1 6C 1 7+TT 圖 3 全橋式逆變器的輸出電路 輸出電路中的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。 1．輸出整流和濾波電路 全橋式逆變電器的輸出電路如圖 4 所示，由于二極管 D 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?yàn)楫?dāng)一個(gè)二極管截止時(shí)，另一個(gè)二極管就導(dǎo)通起到了續(xù)流的作用 。輸出電路上對(duì)高頻變壓器次級(jí)的高頻方波電壓進(jìn)行整流濾波。 3）利用溫度傳感器檢測(cè) IGBT 的殼溫，當(dāng)超過(guò)允許溫度時(shí)主電路跳閘，實(shí)現(xiàn)過(guò)熱保護(hù)。常用保護(hù)措施有： 1）通過(guò)檢出的過(guò)電流信號(hào)切斷門極控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)過(guò)電流保護(hù)。根據(jù) IGBT 管的型號(hào)，選用 HL402（ 400A/600V 及 300A/1200V）快速型 IGBT 專用模塊來(lái)驅(qū)動(dòng) IGBT 管。 (6)若為大電感負(fù)載， IGBT 的關(guān)斷時(shí)間不宜過(guò)短，以限制尖峰電壓，保護(hù) IGBT安全。 (4)IGBT 多用于高壓場(chǎng)合，故驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)與整個(gè)控制電路在電位上嚴(yán)格隔離。另外， IGBT 開(kāi)通后，門極驅(qū)動(dòng)源應(yīng)提供足夠的功率使 IGBT 不致退出飽和而損壞。 根據(jù) IGBT 靜特性和動(dòng)特性，對(duì) IGBT 的驅(qū)動(dòng)電路提出下列要求和條件： (1)由于是容性輸入阻抗，因此 IGBT 對(duì)門極電荷集聚很敏感，驅(qū)動(dòng)電路必須可靠，要 保證有一條低阻值的放電回路。 在全橋電路中，變壓器的電壓為 SU ，如果我們假定逆變器的效率為 85%，占空比為 ，則 IGBT 管的工作電 流為： SpI U? () 9 驅(qū)動(dòng)電路 驅(qū)動(dòng)電路的作用主要是對(duì)驅(qū)動(dòng)信號(hào)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。該直流電 壓施加到由功率開(kāi)關(guān)管和中頻變壓器組成的逆變器上。 3)單片機(jī)控制電路的功能 為實(shí)現(xiàn)直流穩(wěn)壓電源，單片機(jī)系統(tǒng)控制電路用來(lái)輸出其所需的電壓、電流。另外，還需要在 開(kāi)關(guān)器件的工作點(diǎn)超出安全工作區(qū)時(shí)提供保護(hù)信號(hào)。 所研制的單片機(jī)控制穩(wěn)壓電源的技術(shù)指標(biāo)如下： 輸入電壓： 380V 三相交流 50HZ； 輸出電壓 ： 24V 輸出電流 ： 800A； 3 電源硬件系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 圖 1 單片機(jī) 控制的逆變電源的總體框圖 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(dòng)電路和單片機(jī)控制電路四部分組成。要求電源具有高可靠性 。通用、專用等。 根據(jù)需要，還可以有其他分類方法，例如集成電極輸出型、發(fā)射極輸出型 。 按調(diào)整元件分，有輝光放電管穩(wěn)壓電源，穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電源，電子管穩(wěn)壓電源，晶體管穩(wěn)壓電源，可控硅穩(wěn)壓電源等。調(diào)整元件與負(fù)載串聯(lián)的穩(wěn)壓電源叫做串聯(lián)穩(wěn)壓電源。 按穩(wěn)壓電源的調(diào)整元件與負(fù)載的聯(lián)接方式來(lái)分類，可以分為并聯(lián)穩(wěn)壓電源和串聯(lián)穩(wěn)壓電源兩種。反饋調(diào)整型穩(wěn)壓電源是一個(gè)負(fù)反饋閉環(huán)自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)，它根據(jù)穩(wěn)壓電源的輸出電壓的變化量，經(jīng)過(guò)取樣、比較放大、再反饋給控制調(diào)整元件，使輸出電壓得到補(bǔ)償而趨于原值，從而達(dá)到穩(wěn)定。參數(shù)穩(wěn)壓電源電路簡(jiǎn)單 ，利用元件的非線性實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓，結(jié)構(gòu)也簡(jiǎn)單。是交流還是直流要看穩(wěn)壓電源的輸出電壓是交流還是直流。 現(xiàn)代應(yīng)用的穩(wěn)壓電源的種類比較多，分類方式也很多。引起這種變化的因素很多，其中最主 要的是溫度的變化，電路要工作起來(lái)，元器件上就有電流通過(guò)，就要消耗功率，引起溫升。也就是穩(wěn)壓電源穩(wěn)定電壓的能力首先要看輸 入電壓的變化和負(fù)載變化引起的輸出電壓的變化被限制到多小的程度。 一般來(lái)說(shuō)，穩(wěn)壓電路的設(shè)計(jì)首先要考慮輸入電壓和負(fù)載這兩個(gè)因素。從穩(wěn)壓電路的原理分析，最主要的引起輸出電壓變化的因素有兩個(gè)：一是輸入電壓的變化引起的輸出電壓的變化；另一個(gè)是輸出電流的變化 (由于負(fù)載變化 )引起輸出電壓的變化。電子 電路及電子設(shè)備對(duì)電源最基本的要求就是電源的輸出電壓或輸出電流要穩(wěn)定。 電源是電子設(shè)備的重要部分，其質(zhì)量好壞直接影響著電子設(shè)備的可靠性，而且電子設(shè)備的故障 60%來(lái)自電源。六十年代后期，科技工作者對(duì)穩(wěn)壓電源技術(shù)做了一次新的總結(jié)，使開(kāi)關(guān)電源，可控硅電源得到了快速發(fā)展。隨著電子設(shè)備的進(jìn)步，電子設(shè)備開(kāi)始從分立元件進(jìn)入集成電路時(shí)代，體積日益減小，裝機(jī)密度不斷提高，規(guī)模容量逐漸增大。到四十年代后期，電子器件與磁飽和元件相結(jié)合，構(gòu)成了電子控制的磁飽和交流穩(wěn)壓電源，至今還在應(yīng)用。到二十世紀(jì)初，就有了鐵磁穩(wěn)壓電源。我們通常稱這種直流電源為直流穩(wěn)壓電源。直流電源設(shè)備擔(dān)負(fù)著把交流電源轉(zhuǎn)換為電子設(shè)備所需的各種類別 直流電源的任務(wù)。 應(yīng)用在我國(guó)的重型工業(yè)中。 由于 IGBT 逆變器的逆變頻率高，節(jié)能效果好，在各種電源中均有重要的應(yīng)用。 但是，上述這些新型功率開(kāi)關(guān)器件也存在一些弱點(diǎn)，如電壓與電流的過(guò)載能力弱，當(dāng)工作參數(shù)超過(guò)其安全范圍是，非常容易損壞。國(guó)外器件制造廠商推出了一系列大功率 IGBT 模塊，其最大單管電流已達(dá)到 1000A 以上，耐壓可達(dá)到 1200V（有的可達(dá)到 1400V），開(kāi)關(guān)時(shí)間在600ns 以下。s development tidal current. keywords: High efficiency Direct current IGBT inverter Microprocessor control systems 4 目錄 1 引言 .............................................................................................................................. 5 2 概述 .............................................................................................................................. 5 電源穩(wěn)定問(wèn)題的提出 ............................................................................................ 5 電壓不穩(wěn)定的因素 ............................................................