1　引言

　　正弦脈寬調(diào)制和變頻調(diào)速技術(shù)在工業(yè)控制領(lǐng)域的應(yīng)用日見(jiàn)廣泛。許多電力測(cè)試儀器都要求大功率,、高性能以滿足電力設(shè)備的測(cè)試要求。目前,，市場(chǎng)上的大功率開(kāi)關(guān)電源,，其核心功率器件大都采用MOSFET半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管和雙極型功率晶體管，它們都不能滿足小型,、高頻,、高效率的要求。MOSFET場(chǎng)效應(yīng)晶體管具有開(kāi)關(guān)速度快和電壓型控制的特點(diǎn),，但其通態(tài)電阻大,，難以滿足高壓大電流的要求；雙極型功率晶體管雖然能滿足高耐壓大電流的要求,，但沒(méi)有快速的開(kāi)關(guān)速度,，屬電流控制型器件，需要較大的功率驅(qū)動(dòng)。絕緣柵雙極型功率晶體IGBT集MOSFET場(chǎng)效應(yīng)晶體管和雙極型功率晶體管于一體,，具有電壓型控制,、輸入阻抗大、驅(qū)動(dòng)功率小,、開(kāi)關(guān)速度快,、工作頻率高、容量大等優(yōu)點(diǎn),。用高性能的絕緣柵雙極型功率晶體IGBT作開(kāi)關(guān)逆變?cè)?、采用變頻調(diào)幅技術(shù)研制的逆變電源，具有效率高,、性能可靠,、體積小等優(yōu)點(diǎn)。

　　2　工作原理

　　該電源采用高頻逆變技術(shù),、數(shù)字信號(hào)發(fā)生器,、正弦脈寬調(diào)制和變頻調(diào)幅、時(shí)序控制上電和串聯(lián)諧振式輸出,。電源具有效率高,、輸出功率大、體積小等優(yōu)點(diǎn),，其總體原理框圖如圖1所示,。

　　由數(shù)字信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的正弦波被25kHz的三角調(diào)制波調(diào)制，得到一個(gè)正弦脈寬調(diào)制波,，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)逆變?cè)蘒GBT,。改變正弦波的頻率，幅值便可達(dá)到調(diào)頻調(diào)幅輸出,，逆變輸出為串聯(lián)諧振式輸出,，將高頻載波信號(hào)濾掉，從而得到所需頻率的正弦信號(hào),。時(shí)序控制電路用來(lái)控制功率源供電電源在上電時(shí)緩慢上電,，確保電源上電時(shí)電流平穩(wěn)，同時(shí)還避免非過(guò)零點(diǎn)開(kāi)關(guān)帶來(lái)的沖擊,；在控制電路中還設(shè)計(jì)了故障鎖定功能,，一旦電源故障，鎖定功能將禁止開(kāi)通IGBT,，當(dāng)故障出現(xiàn)時(shí),，IGBT被鎖點(diǎn)開(kāi)通，這時(shí)大容量濾波電容會(huì)儲(chǔ)存很高的電能,。所以,，電源部分有故障保護(hù)自動(dòng)切斷工作電源和自動(dòng)放電功能,，整機(jī)設(shè)計(jì)有雙重過(guò)流、過(guò)壓和過(guò)熱等完善的保護(hù)功能,。

　　3　控制與驅(qū)動(dòng)電路

　　控制電路指主控電路，包括正弦脈寬調(diào)制波的產(chǎn)生,，占空比調(diào)節(jié)和故障鎖定電路,。控制電路的正弦調(diào)制波,，可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況調(diào)節(jié)其頻率,。驅(qū)動(dòng)電路則采用三菱公司生產(chǎn)的IGBT專用驅(qū)動(dòng)模塊EXB840，該驅(qū)動(dòng)模塊能驅(qū)動(dòng)高達(dá)150A／600V和75A／1200V的IGBT,，該模塊內(nèi)部驅(qū)動(dòng)電路使信號(hào)延遲≤1μs,，所以適用于高達(dá)40kHz的開(kāi)關(guān)操作。用此模塊要注意,，IGBT柵射極回路接線必須小于1M,，柵射極驅(qū)動(dòng)接線應(yīng)當(dāng)用絞線。EXB840的驅(qū)動(dòng)電路如圖2所示,。

　　4　逆變與緩沖電路

　　該電源采用半橋結(jié)構(gòu)串聯(lián)諧振逆變電路,，主電路原理如圖3所示。在大功率IGBT諧振式逆變電路中,，主電路的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)十分重要,，由于電路中存在引線寄生電感，IGBT開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)在電感上激起的浪涌尖峰電壓Ldi／dt不可忽視,，由于本電源采用的是半橋逆變電路,，相對(duì)全橋電路來(lái)說(shuō)，將產(chǎn)生比全橋電路更大的di／dt,。正確設(shè)計(jì)過(guò)壓保護(hù)即緩沖電路,，對(duì)IGBT的正常工作十分重要。如果緩沖電路設(shè)計(jì)不當(dāng),，將造成緩沖電路損耗增大,，會(huì)導(dǎo)致電路發(fā)熱嚴(yán)重，容易損壞元件,，不利于長(zhǎng)期工作,。

　　過(guò)程是：當(dāng)VT2開(kāi)通時(shí)，隨著電流的上升,，在線路雜散電感Lm的作用下,，使得Uab下降到Vcc－Ldi／dt，此時(shí)前一工作周期以被充電到Vcc的緩沖電容C1,，通過(guò)VT1的反并聯(lián)二極管VD1,、VT2和緩沖電阻R2放電,。在緩沖電路中，流過(guò)反并聯(lián)二極管VD1的瞬時(shí)導(dǎo)通電流ID1為流過(guò)線路雜散電感電流IL和流過(guò)緩沖電容C1的電流IC之和,。即ID1＝IL＋I(xiàn)C,，因此IL和di／dt相對(duì)于無(wú)緩沖電路要小得多。當(dāng)VT1關(guān)斷時(shí),，由于線路雜散電感Lm的作用,，使Uce迅速上升，并大于母線電壓Vcc,，這時(shí)緩沖二極管VD1正向偏置,，Lm中的儲(chǔ)能（LmI2／2）向緩沖電路轉(zhuǎn)移，緩沖電路吸收了貯能,，不會(huì)造成Uce的明顯上升,。

　　5　緩沖元件的計(jì)算與選擇

　　式中：f—開(kāi)關(guān)頻率；Rtr—開(kāi)關(guān)電流上升時(shí)間,；IO—最大開(kāi)關(guān)電流,；Ucep—瞬態(tài)電壓峰值。

　　在緩沖電路的元件選擇中,，電容要選擇耐壓較高的電容,，二極管最好選擇高性能的快恢復(fù)二極管，電阻要用無(wú)感電阻,。

　　6　結(jié)束語(yǔ)

　　該電源已經(jīng)成功地應(yīng)用于大功率電力測(cè)試儀器,，與傳統(tǒng)方法相比，不僅測(cè)量精度高,，而且提高了工作效率,，增加了工作安全性，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度,。

　　參考文獻(xiàn)

　　1　李萌金．電力電子器件絕緣柵——雙極晶體管及其應(yīng)用．電測(cè)與儀表,，1997（10）

　　2　任天良．300W零電流型準(zhǔn)諧振直流電源設(shè)計(jì)．電力電子技術(shù)，2000（3）

　　3　田建等．大功率IGBT瞬態(tài)保護(hù)研究．電力電子技術(shù),，2000（4）