一种采用智能功率模块的调压调频高压电源
关键词:智能功率模块 脉宽调制 调压调频 高压电源
A VVVF High Voltage Power Supply Using IPM
Abstract:This paper introduces a voltage-variable and frequency-variable high voltage power supply using IPM. The operation principle is discussed in detail.
Key words:IPM PWM VVVF HV power supply▲
0 引 言
IPM智能功率模块集成了门极驱动和短路、过流、欠压以及过热等保护功能,可使逆变电路在较高频率下工作,具有结构紧凑、性能稳定、驱动简单、体积小、重量轻和效率高等优点。采用IPM智能功率模块和PWM脉宽调制技术研制了一台单相的调压调频中频高压电源。此电源给一电容极小的电极间提供幅值为0~10 kV、频率为8~10 kHz的电压,其波形要求为正弦全波整流,见图1。
图1 系统要求的输出波形 1 系统结构 系统结构见图2。其主回路为交流—直流—交流的电压型变频电路,由调压模块、低频整流滤波模块、IPM逆变模块、中频滤波模块、中频变压器隔离升压模块以及中频高压整流模块等组成。 |
图2 系统结构框图 控制系统采用8031单片微机和PWM专用控制芯片SG3524。单片机系统对系统电路中出现的过压、过流及短路等故障进行检测和控制,若系统出现故障,单片机立即发出故障信号封锁PWM芯片SG3524的输出,并显示故障标志。PWM芯片SG3524输出一对互补的脉宽调制信号,经过光耦隔离后形成两对互补的脉宽调制信号去触发IPM。 2.1 软启动调压单元 |
图3 软启动调压示意图 2.2 脉宽调制电路 |
图4 脉宽调制电路 SG3524的控制输入端是一个可调的电平信号,通过与逆变器输出滤波环节的协调,能得到较理想的正弦波,此方法简单实用。若采用正弦波与SG3524内部的锯齿波调制产生脉冲,因比较器存在抖动问题,输出脉冲的波形将不稳定。要得到稳定的波形,须附设去抖电路,实施较复杂。 3 控制电路与智能功率模块IPM的连接 IPM智能功率模块选用三菱公司生产的PM10CSJ060。其最高工作电压为600 V,最大电流为10 A,工作频率为5~20 kHz,由两个单元构成。其内部直接集成了高速、低功耗的IGBT芯片和优化的栅极驱动与保护电路,可以连续、自动地监测功率器件的电流,实现高速的过流保护和短路保护。其内部还直接集成了欠压和过热保护电路。 |
图5 脉宽调制信号与PM10CSJ060的连接图 4 故障报警电路 如图6,因8031内部无程序存储器,其P0和P2口只能作地址总线用,外接程序存储器,不能作为普通的I/O口使用。输入的故障信号有两类:一类是主回路过压过流信号,另一类是智能功率模块的故障信号(短路、过流、欠压、过热等)。当单片机检测到有故障信号时,将立即封锁SG3524的触发输出(在SG3524的第10脚加一个高电平即可),同时输出声光报警,为了保证系统的可靠性,应将主回路的输入电压切断,查出故障并排除后,再接通主回路。 |
图6 单片机组成的故障报警电路 5 输出回路 IPM输出电压经过L和C滤波后送到中频变压器TP升压,再经全波整流后送往负载。为了使输出波形达到要求(如图1的波形),在输出端并联一个电阻R0,其阻值应选择合适。若R0很大,将导致放电时间常数R0C0(C0为输出端分布电容)很大,使得输出电压不能降到零,而形成了一个如图7所示的波形。若R0太小,会导致R0上消耗的功率过大。当负载电阻较小时,R0可去掉。 |
图7 电阻R0很大时的输出电压波形 6 仪器性能及结论 由上述原理和方法,制作了一台单相调压调频高压电源,其主要技术指标如下: |
图8 电阻R0合适时输出电压波形 过载能力:120%,10 min。 作者简介:吴为民 1942年生,1964年西安交通大学毕业,教授,从事电压技术研究。 参考文献: [1]吴保芳,罗文杰,姚国顺等.通用型IGBT变频电源的研制.电力电子技术,1998,(4):51 |