變頻器已應(yīng)用于各行各業(yè)的多種設(shè)備,，并成為當(dāng)今節(jié)電,，改造傳統(tǒng)工業(yè)，改善工藝流程,，提高生產(chǎn)過程自動(dòng)化水平，提高產(chǎn)品質(zhì)量,，改善環(huán)境的主要技術(shù)之一,。
開關(guān)器件是變頻器的核心器件，絕緣柵雙極型品體管(ICBT)投入市場(chǎng)以后,，很快成為中小功率電力電子設(shè)備的主導(dǎo)器件,，而且其電壓、容量及開關(guān)頻率性能還在提高,。IPM內(nèi)部集成的驅(qū)動(dòng)和保護(hù)電路可簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì),，其自我保護(hù)功能可使功率模塊在測(cè)試及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中損壞的可能性大大降低。采用IPM后系統(tǒng)的綜合性能極大提高,，其性價(jià)比已經(jīng)超過IGBT,，有很好的經(jīng)濟(jì)性。
本文使用IPM模塊PM50RSAl20設(shè)計(jì)一款小型通用變頻器,，功率為1 500 W,，并將開關(guān)電源也集成到變頻器中，體積小,，方便在小功率場(chǎng)合使用,。
2 PM50RSAl20簡(jiǎn)介[1]
PM50RSAl20是日本三菱公司推出的50 A/l200 V智能功率模塊，開關(guān)頻率20 kHz,，其內(nèi)部電路如圖1所示,。
PM．50RSAl20中共有7塊:IGBT，其中6塊構(gòu)成橋路,，另一塊用于控制制動(dòng)電阻的接人,。P-N間接人前方整流模塊整流后的直流電壓(0 V～800 V);U、V,、W是輸出端子;B-P間接入制動(dòng)電阻,，在能耗制動(dòng)過程中消耗制動(dòng)能量;VUP1-Vupc,，VVP1-VVPC，VWP1- VWPC,，VN1-VNC間提供各IGBT模塊的電源．典型值為15 V,；UP-VUPc，VP_VVPC,，WP-VWPC,，UN·VN·WN·Br-VNc間為控制各IGBT導(dǎo)通和截止的控制端.當(dāng)電壓在0．8 V以下時(shí)，IGBT導(dǎo)通,，在4 V,。15 V之問時(shí)．：IGB3。截止,；UF0-VUPc,，VFo_-VVPC，Wm-V州,，F(xiàn)O-VNC間為錯(cuò)誤報(bào)告電壓提供端,，為了使接口電路盡量簡(jiǎn)化．該IPM模塊用一個(gè)錯(cuò)誤指示信號(hào)來通知控制器在該模塊內(nèi)發(fā)生的所有錯(cuò)誤?？刂破魍ㄟ^檢測(cè)來判斷是否發(fā)生了溫升過高,、過電流或短路故障．區(qū)別以上故障的依據(jù)是檢測(cè)錯(cuò)誤指示信號(hào)維持時(shí)間。短路和過電流故障信號(hào)的維持時(shí)間的典型值是1.5 ms．溫升過高指示信號(hào)在溫度超過允許值時(shí)有效,，一直維持到溫度降至復(fù)位值以下,，這一過程的典型時(shí)間為十幾秒。
3 硬件電路設(shè)計(jì)
通用型變頻器的硬件電路主要由3部分組成:整流電路,、開關(guān)電源電路以及逆變電路,。整流電路將工頻交流電整流為直流，并經(jīng)大電容濾波供給逆變單元;開關(guān)電源電路為IPM和計(jì)算機(jī)控制電路供電;逆變電路是由PM50RSAl20組成,，對(duì)于逆變電路本文主要闡述其控制電路的設(shè)計(jì),。
圖2為整流電路「2-3」，整流電路中,，輸人為380V工頻交流電,。YRl～YR3為壓敏電阻，用于吸收交流側(cè)的浪涌電壓,，以免造成變頻器損壞,。輸人電源經(jīng)二極管整流橋6R130G-160整流為直流，并經(jīng)El～E4大電容濾波后成為穩(wěn)定的直流電壓,，再經(jīng)電感和電容濾波后作為逆變單元和開關(guān)電源單元的電源,。R2和R3是為了消除電容的離散性而設(shè)置的均壓電阻，同時(shí)還起到放電的作用。發(fā)光二極管用于指示變頻器的工作狀態(tài),。Rl是啟動(dòng)過程中的限流電阻,，由于E1～E4容量較大，上電瞬間相當(dāng)于短路,，電流很大,，尺l可以限制該電流大小，電路正常狀態(tài)后由繼電器RLYl將該電阻短路以免增加損耗,，繼電器的控制信號(hào)SHORT來自于計(jì)算機(jī),，上電后延時(shí)一定時(shí)間計(jì)算機(jī)發(fā)出該信號(hào)將電阻切除。R1應(yīng)選擇大功率電阻,，本電路中選擇的是20 W的水泥電阻,，而且為了散熱該電阻安裝時(shí)應(yīng)懸空。電路中的+5 V,、+12 V和±15 V電壓是由 開關(guān)電源提供的電壓,。LVl是電壓傳感器，用于采集整流電壓值,，供檢測(cè)和確定控制算法用．UDCM是電壓傳感器的輸出信號(hào),。通過外接插排連接至外接計(jì)算機(jī)控制電路。
圖3是開關(guān)電源電路「4,，5」。該電路主要由PWM控制器TL3842P,、MOSFET K1317和開關(guān)變壓器組成,，其功能是對(duì)整流電路的直流輸出電壓進(jìn)行變換，為IPM模塊和外接的計(jì)算機(jī)控制電路提供電源,，提供的電壓為±15 V,、+12 V、+5 v,。
圖4為IPM的控制電路「1」,，這里只給出了其中一個(gè)ICBT的控制電路，其它IGBT與之相同,。
在電路中,，HCPL4504是高速光耦，隔離計(jì)算機(jī)信號(hào)與變頻器控制板,，LM,、UM是算機(jī)輸入，控制對(duì)應(yīng)的IGBT導(dǎo)通的控制信號(hào),，VNI,、WN、F0、VNC為對(duì)應(yīng)IGBT的信號(hào)引腳,。P52l是光電隔離器件,，其輸出信號(hào)FOUT是錯(cuò)誤信號(hào)，表明IPM內(nèi)部出現(xiàn)錯(cuò)誤,，通過計(jì)算機(jī)響應(yīng)進(jìn)行錯(cuò)誤處理,。LA58是電流傳感器，用于采集變頻器輸出U相和W相的電流,，為控制算法提供現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù),。在整個(gè)電路板中， 與計(jì)算機(jī)接口信號(hào)是通過插排接出的,。
另外,，需要注意的是6R130G-160、PM50RSAl20都屬于發(fā)熱量較大的器件,，在電路板中要注意散熱問題,，必須安裝散熱片，并涂以散熱硅膠,，以免溫度超過器件的額定溫升,。
4 結(jié)束語
本文采用智能功率模塊PM50RSAl20設(shè)計(jì)了一款小型通用1500 W變頻器，該變頻器包含了交-直-交變頻電路和開關(guān)電源,，具有結(jié)構(gòu)緊湊,、集成度高、可靠性高,，體積小,、穩(wěn)定性好、可靠性高等特性,，適應(yīng)于小型電機(jī)驅(qū)動(dòng)及實(shí)驗(yàn),。