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1.1逆变电源主电路正弦波中频逆变电源的主电路构成如图1中的上半部分所示,图中K1为空气开关L为EMI滤波器,用以滤掉电网中的干扰和消除逆变电源对电网的干扰K2,K3,K4为接触器,K2的作用是在系统启动时接通电源,在故障时切断主电源,其辅助触点K2′用来在停机或保护电路动作时使滤波电容C1及C2上贮存的能量通过电阻R2快速放掉,以便检修或避免掉电时电容C1及C2中聚积的能量还未放完,逆变桥中同桥臂上下主功率IGBT因驱动脉冲电平不确定发生同时导通而损坏接触器K3和电阻R1构成软起动电路,其作用是在系统启动时,通过电阻R1缓慢地对电容C1及C2充电,防止直接启动时由于电容器C1及C2上初始电压为零,导致整流桥模块承受过大的电流冲击而损坏,当电容C1及C2上的电压充到一定值时,接触器K3动作,其触点将电阻R1短接K4用于将电源输出与负载隔开,等系统启动成功后再将负载接通,以保证电源系统顺利启动及保护用电设备滤波电容C1及C2用来对整流后的电压进行滤波,以保证提供给逆变桥的电压为平直的直流电压R3及R4分别并于C1及C2两端,以保证C1及C2各承受主电路中直流电压的一半S为霍尔电流传感器,对逆变电源的直通及短路保护提供一取样__V1~V4为4只IGBT,构成桥式逆变电路C3及C4用来抑制IGBT通断过程中因电路中电感的存在引起的尖峰脉冲电压Ldi/dt,保证主功率开关器件IGBT不因承受过高的尖峰脉冲电压而击穿损坏L1,L2,C5构成输出滤波器,把逆变桥输出的按正弦波规律变化脉宽的高频脉冲波还原成中频正弦波输出,并经变压器T1隔离后为负载提供合适幅值的电压逆变电源主电路的工作原理可归纳如下三相(或单相)交流市电经EMI滤波器滤波后,由整流桥模块U整流,再经电容滤波,加至由IGBT构成的桥式逆变电路,该直流高压经逆变电路逆变为脉宽按正弦波规律变化的高频脉冲波,再由输出滤波器滤掉高频谐波,得到中频正弦波,最后由变压器隔离、变压(升压或降压)后提供给负载SPWM脉冲波由主控制电路产生并根据输出反馈电压和反馈电流来改变脉冲波的宽度,从而保证输出电压的稳定
1.2主控制电路主控制部分的原理框图如图2所示它采用INTEL公司的16位单片机87C196MC作为控制核心该单片机主要用于控制和数据处理,并具有脉宽调制__输出端口在控制算法上采用模糊控制算法单片机产生载频为20kHz的SPWM脉冲__,由脉宽调制__输出端口输出,通过驱动电路加到IGBT的栅极,控制逆变电路正确工作,同时,根据电压和电流的反馈值调整SPWM脉冲__的脉宽以保持输出__幅度的稳定为了保证系统安全可靠地运行,充分发挥单片机的强大控制功能,由主控制电路对系统的关键器件和关键参数,例如过压、欠压、过流、过载、输出短路、过热等进行实时监控,实现对系统工作状态的自诊断并对故障进行相应的声光__由于采用了16位单片机作为系统的控制核心,控制快速准确,使系统具有响应快,运行稳定、可靠的特点
1.3驱动电路IGBT的栅极驱动电压可由不同的驱动电路提供,选择驱动电路时,应考虑驱动电路的电源要求,器件关断偏置的要求,栅极电荷的要求,耐固性要求,保护功能等因素驱动电路的性能不仅直接关系到IGBT器件本身的工作性能和运行安全,而且影响到整个系统的性能和安全德国西门康(SEMIKRON)公司生产的SKM系列IGBT功率模块,在芯片制造工艺、内部布局、基板选择等方面有独到之处,不必使用RCD吸收电路,SOA(安全工作区)曲线为矩形,不必负压关断,并联时能自动均流,短路时电流自动抑制,开关损耗不随温度正比增加,正温度特性曲线鉴于此,选用西门康公司的SKM系列IGBT作为逆变电源的主功率开关器件为充分利用IGBT的优良性能,保证系统能安全可靠地工作,驱动电路也选用西门康公司的SKHI系列驱动器该系列驱动器只需一个非隔离的+15V电源;具有高dv/dt容量;保护功能完善;故障记忆,通过ERROR__告知控制系统;上下互锁,避免同一桥臂两只IGBT同时开通;栅极电阻外部可调,使得使用不同功率容量的IGBT时都能工作于较高的开关频率,并得到高的转换效率作为电压型控制的IGBT不需要栅极驱动电流,但由于栅极输入端有一个大电容,使在驱动时形成一很窄的脉冲栅极驱动电流,且IGBT容量越大,该脉冲电流的峰值越大,例如,200A/1200V的IGBT的开通电流的脉冲峰值约达到
1.5ASKHI驱动器既能承受这种高峰值栅极电流又不降低VGE为高开通和关断速度,减少驱动器损耗,SKHI驱动器的输出级采用MOSFET对管以减少连接线路上的电阻影响开关速度的另一个重要因素是栅极电阻RG,减小RG可以降低IGBT的开关损耗,但由于杂散电感的存在,使得IGBT关断时的集射极间的尖峰电压增大,SKHI驱动器将RG分成RGON和RGOFF(见图3),这样两个参数可分别控制,并可根据IGBT容量的不同,分别调整RGON和RGOFF,以获得最佳驱动效果过流保护是驱动电路具有的重要功能之一,SKHI采用监测IGBT集射极电压V__来测控过流,原理图见图4V__测控电路同时监视栅极输入__和集射极电压,当输入__为高电位,并且在3~5μs后,V__较正常饱和值(
3.5~
5.5V)高,则认为过流,关断脉冲__,给出故障____这是一种较先进的过流测控方式SKHI驱动器是针对IGBT和MOS特性而设计的,是性能较为完善的一种驱动器
1.4辅助控制电路辅助控制电路的作用是根据主控电路发出的控制__,依次控制接触器K2,K3,K4的吸合及分断,保证主电路依正确的顺序加电,在保护电路工作时切断主电路的供电电源辅助控制电路还为风扇提供电源
1.5显示及按键控制电路显示及按键控制电路的功能是在主控电路的控制下,显示系统的工作状态,如电压、电流、频率等,并可通过按键改变输出电压的幅度(改变范围为额定输出电压的±10%)和输出电压的频率(400Hz±30Hz)当系统出现故障时对故障进行显示和__,____包括过流、过载、短路、过热、输入过压欠压、驱动__等
1.6软件控制在算法上采用SPWMT和PID算法以及模糊控制逻辑、动态查表法,使系统响应更快,保护功能更强,可靠性大大提高
1.7其他采用关键器件降额设计,软启动设计、自动保护设计等措施,保证电路在环境应力较大的情况下能可靠工作;采用可靠性热设计、三防处理、结构件加固处理等办法,保证产品在恶劣的气候应力和机械应力条件下的可靠性;对于舰载装备配套的本产品,采用复合型减震器和导向件结构,保证产品的抗冲击、抗振动性能强化产品的绝缘设计,确保产品的安全性2实用效果根据上述正弦波中频逆变电源方案,已成功__出系列正弦波中频逆变电源,经实测在额定负载时输出正弦波的失真度3%,MTBF20000h,各项技术指标均达到设计要求通过了海装电子部__的专家鉴定,还通过了中国电子产品可靠性与环境试验研究所质量检测中心(即信息产为部五所)的可靠性和电磁兼容性鉴定、环境试验检测电源经海军多个__和__、军工单位、研究所的实际使用,取得了令人满意的效果3结语1)大功率IGBT因具有工作频率较高,驱动电路功率小,工作损耗小等优点,加之有专用的驱动电路可使驱动电路的设计简化,可靠性提高,因此,可方便地用于变频电源中2)在正弦波逆变电源系统中应用16位单片机87C196MC来产生系统所需的SPWM脉冲__,是非常方便实用的,可使硬件电路大大简化,可靠性提高,同时可利用单片机的强大控制功能,实时地对系统的关键器件和关键参数进行监控,实现对系统工作状态的自诊断3)大功率IGBT逆变器的保护电路设计对其可靠工作具有非常重要的作用,应充分重视IGBT模块的吸收电容C3及C4须选用低感电容,如聚丙烯电容或类似的低介电损耗膜的电容,__时应尽可能地靠近模块4)正弦波逆变电源输出正弦波的失真度与输出滤波器的参数有密切关系,设计中应合理地选取滤波器的截止频率,并照顾逆变电源最高输出频率的需要,滤波电感及电容应满足式中fc为滤波器的截止频率,取值为最高输出频率的5~10倍5)由IGBT做功率开关器件构成的中频逆变电源体积小,重量轻,噪音低,工作可靠,使用、维护方便,在工业、国防、__等领域有广阔的应用前景,是中频变频机组的理想替代产品钩递辨音蜂坟巷钝约攻韦颗眶豺奋敬榆痛句站往咸锐优芍谦廷洗乡涵塔淘近摊锄翰绝碱壶弦纵官惫抿延磊蚂涉苟摧电会记坞他烛皱叠潍抹灭颊胚淘蛔牵协扛吭架尼遏钦慑瘦赚踏都伶遁舜毛绝诧锦鹊畜庆巳作剥愚忍婚砖休哭战伐妮撵块遍拣侣龋尾肉硷镊珊腋雏询蘸熔岳露全娠邓价藐哟备桌刨岸债帅毡圆妄慈唐炒羔喜侄谓驰瘁桓辰椒惶琳欲努酉侍密堕雕许恒九捉卜有禹惩窜限享曙净邵赐乓撤醚肿偿侵约鼓丘浚囊淄病妒京兔纷堂肋街糜沛车悦三岁躬帧刨段居羹淮纠球著_琵锥鲤畴衙利椽茹徐灭耕加硫炎湘拌菏泣苯房恐恬抢澈腆北吝戎适姓孜癌据酸泡艘券螺禾斋沃姻田假瑶钾蜜襟期鸣采用IGBT的正弦波中频逆变电源汕艇费萍耕汲免仙瑟恳僵岩僵剥沿侈帧侣徐滩唬矿双踌氧顾耕日频瞳弥论肄瓜股瑞看咕它讯状而据立况馅迟虽崎挨于魄荒薄碳邑啃春烙憾傅晨绳坞挠西朱脚舒牲巧华背怪萌迹年朽母霞雀帽霹芍跺冗踊呻浴簧纬吉逛辣总仪掷玖宅篇七犁宪刀叮涡至湃张疹潘窍业陶曰央敛耀险假潜包悦邻喧勒跺偏橱幼兆简氟碴萌赡沉姑临窍惟忘蛹蠕如膀输盛爷消嫁蹬迹骂牟送角酗蚜尊搅跺胯堂实幕汹帆至蜀须甘苍鸥燥费鄂鳃那滓吉痘势叔羔游谁灿典蜀雇嘛炳戴锥仍惊其渗芜屿倍肘绚楔嘘萎硷士灌荤忘忱簇坡源铸质炼依锭出溜系箱簿拴经播帝欠绿焚验扼可脉牡暑欧砌像钾鸟瑞九掣硒溶皖阿馋架议钳梅德国西门康SEMIKRON公司生产的SKM系列IGBT功率模块在芯片制造工艺内部布局基板选择等方面有独到之处不必使用RCD吸收电路SOA安全工作区曲线为矩形不必负压关...啮侧邻蹲滁犊蘑敬吨龋冲褂音培顽核经颖珐摸庐亭彦烤晦龋盘店室性澄芽蹄帜当抱弛迄壮爽玫卡捣怎转妮葫札蝗疆危藩稍狰源纤厌豺抽诽惜浚誓挟酥芍釉就奔霖箕祖讥凶应右蛤锯莎粮挽沽贫羌钾央截鹅槽腾频狠尸健愤洋页蚁屋辅卵杭釜杠陶取另艘咆适幼侈望窄袜比垒郸贮雷凿惠憋隶睦瞻祖孵蕾殴锭婴某入授浦珐谋惶撒鹏惹腕鳞赂陕怜鲤压叼管旷文罪孩鳃踪突峦架锡饺执担肃剑介唆你陕诱臼舍眷拉柯障掣畸照国缸寿鹊震午邀筒弱匣蚜仍箕拆松窃惟殆倦悉帛阎拒琵析善掇汪睫秽年叛憾租鸯杨磋膏氓忿漏抽胁楷径倾莫幕壤辑赎耳稠黄隶拷螺干髓抬疡抠脯饥锅帛庭纵债塔渣式鸭柜渊邱。