1 引言
正弦脈寬調(diào)制和變頻調(diào)速技術在工業(yè)控制領域的應用日見廣泛。許多電力測試儀器都要求大功率,、高性能以滿足電力設備的測試要求,。目前，市場上的大功率開關電源,，其核心功率器件大都采用MOSFET半導體場效應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場效應晶體管具有開關速度快和電壓型控制的特點，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，但沒有快速的開關速度,，屬電流控制型器件,，需要較大的功率驅(qū)動。絕緣柵雙極型功率晶體IGBT集MOSFET場效應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)動功率小,、開關速度快,、工作頻率高、容量大等優(yōu)點,。用高性能的絕緣柵雙極型功率晶體IGBT作開關逆變元件,、采用變頻調(diào)幅技術研制的逆變電源,，具有效率高、性能可靠,、體積小等優(yōu)點,。
2 工作原理
該電源采用高頻逆變技術、數(shù)字信號發(fā)生器,、正弦脈寬調(diào)制和變頻調(diào)幅,、時序控制上電和串聯(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，其總體原理框圖如圖1所示,。
由數(shù)字信號發(fā)生器產(chǎn)生的
正弦波被25kHz的三角調(diào)制波調(diào)制,，得到一個正弦脈寬調(diào)制波，經(jīng)驅(qū)動電路驅(qū)動逆變元件IGBT,。改變正弦波的頻率,，幅值便可達到調(diào)頻調(diào)幅輸出，逆變輸出為串聯(lián)諧振式輸出,，將高頻載波信號濾掉,，從而得到所需頻率的正弦信號。時序控制電路用來控制功率源供電電源在上電時緩慢上電,，確保電源上電時電流平穩(wěn),，同時還避免非過零點開關帶來的沖擊,；在控制電路中還設計了故障鎖定功能,，一旦電源故障，鎖定功能將禁止開通IGBT,，當故障出現(xiàn)時,，IGBT被鎖點開通，這時大容量濾波電容會儲存很高的電能,。所以,，電源部分有故障保護自動切斷工作電源和自動放電功能，整機設計有雙重過流,、過壓和過熱等完善的保護功能,。
3 控制與驅(qū)動電路
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)實際應用情況調(diào)節(jié)其頻率,。驅(qū)動電路則采用三菱公司生產(chǎn)的IGBT專用驅(qū)動模塊EXB840,，該驅(qū)動模塊能驅(qū)動高達150A／600V和75A／1200V的IGBT，該模塊內(nèi)部驅(qū)動電路使信號延遲≤1μs,，所以適用于高達40kHz的開關操作,。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)動接線應當用絞線,。EXB840的驅(qū)動電路如圖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)設計十分重要,，由于電路中存在引線寄生電感,，IGBT開關動作時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,，相對全橋電路來說,，將產(chǎn)生比全橋電路更大的di／dt。正確設計過壓保護即緩沖電路,，對IGBT的正常工作十分重要,。如果緩沖電路設計不當，將造成緩沖電路損耗增大,，會導致電路發(fā)熱嚴重,，容易損壞元件，不利于長期工作,。
過程是：當VT2開通時,，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,，此時前一工作周期以被充電到Vcc的緩沖電容C1，通過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，流過反并聯(lián)二極管VD1的瞬時導通電流ID1為流過線路雜散電感電流IL和流過緩沖電容C1的電流IC之和,。即ID1＝IL＋IC,，因此IL和di／dt相對于無緩沖電路要小得多。當VT1關斷時,，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，這時緩沖二極管VD1正向偏置,，Lm中的儲能（LmI2／2）向緩沖電路轉(zhuǎn)移,，緩沖電路吸收了貯能，不會造成Uce的明顯上升,。
5 緩沖元件的計算與選擇
式中：f—開關頻率,；Rtr—開關電流上升時間；IO—最大開關電流,；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二極管,，電阻要用無感電阻。
6 結(jié)束語
該電源已經(jīng)成功地應用于大功率電力測試儀器,，與傳統(tǒng)方法相比,，不僅測量精度高，而且提高了工作效率,，增加了工作安全性,，降低了勞動強度。
參考文獻
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