中頻加熱系統(tǒng)IGBT控制、驅(qū)動及保護電路設計_圖文

1、 一主塑壟墊墨墊!塵里!絲型!墨塑壟堡翌童整堡鹽收稿日期:2002一0823中頻加熱系統(tǒng)IGBT控制、驅(qū)動及保護電路設計Design of IGBT ControI,DriVe and Protection Circuit inMedium Frequency Heating System 譚克俊 欒秀珍 王維剛TAN Ke扣n.LUAN xjuzben,wANG weigan窯(大連海事大學大連116026(Ihllan Marmme UnIversny,DIl嘰,116026.Chln日摘要:介紹了中頻加熱系統(tǒng)中IGBT控制、驅(qū)動度保護電蓐的工作原理.詳細論述了以摹成鑊相環(huán)LM565為枉

2、心元件的lGBT互補對稚控制信號產(chǎn)生電路、高速光棲HP310l實現(xiàn)的lGBT取動與隔離電路以及用電流互惠器和宙。 電壓比較囂實現(xiàn)的1GBT過流保護電路的設計方法.關t詞:IGBT;驅(qū)動電蓐;保護電珞絕緣柵雙極型晶體管IGBT兼有功率三極管和場 效應管的優(yōu)點,即電壓驅(qū)動,輸入阻抗高,飽和壓降低, 開關頻率高等。這些優(yōu)點使得rGBT在電力電子技術、 電氣傳動、開關電源等場合有著廣泛的應用。本文介紹 的中頻加熱系統(tǒng)是將三相交流電經(jīng)過可控硅橋式全控 整流濾波后變?yōu)榉瓤烧{(diào)的直流電,然后通過逆變器變 為6kHz的中頻電源,其中逆變器選用日本三菱公司的 cw300DY一24H型IGBT模塊。下面將就IGB

3、T的控 制、驅(qū)動及保護電路的設計方法作詳細論述。l IGBT控制電路設計中頻加熱系統(tǒng)中逆變器的作用是將直流電變?yōu)?6kHz的中頻電源。本系統(tǒng)中是用2塊cw300DY一 24H型IGBT模塊組成橋式逆變電路.IGBT控制電路 的核心是產(chǎn)生2路互補輸出的中頻方波信號。圖1給出 了lGBT控制電路原理圖。其中,I。M565是集成鎖相環(huán)電路,其功能是提供 頻率穩(wěn)定的方渡信號,通過調(diào)節(jié)電位器VRl即可改變 I。M565的輸出頻率。LM565的輸出信號經(jīng)過施密特 反相器74Hcl4連接到D觸發(fā)器74HC74的時鐘端+D 觸發(fā)器的輸出經(jīng)過整形后加到與門74HC08的輸入 端,從輸出端OUTl、0UT2、oU

4、T3、oUT4即可得 到2路互補方波信號。其中ouTl、OuT2為一組, oUT3、oUT4為另一組分別加到IGBT驅(qū)動電路的輸 入端。該電路從設計上保證了兩路信號在任何情況下 都是互補的,這就避免了IGBT橋直通現(xiàn)象的發(fā)生,確 保了IGBT模塊工作的安全性。圖1中EN信號是臨BT 控制使能信號,當EN=1則有控制信號輸出,而當 ENo則沒有輸出,其目的是對IGBT進行過流保護。圖1IGBT控制電路原理圖2IGBT驅(qū)動電路設計為保證IGBT可靠工作,其驅(qū)動電路應滿足如下 要求:(1動態(tài)驅(qū)動能力強,能為IGBT柵極提供驅(qū)動脈 沖,使IGBT迅速導通。(2能向lGBT提供適當?shù)恼蚱珘汉妥銐虻姆?

5、向偏壓,使1GBT可靠的開通和關斷,一般取正偏電壓 為+15V,反偏電壓為一10V為宜。70(3有足夠的輸入輸出電氣隔離能力,使信號電 路與柵極驅(qū)動電路隔離,且具有靈敏的短路、過流保 護功能。目前,專用的IGBT驅(qū)動模塊都或多或少有一些 缺陷,比如國內(nèi)廣泛應用的ExB系列IGBT驅(qū)動模塊 就有負偏壓較低(只有5V,過流保護閾值電壓過 高的缺點,因此,本系統(tǒng)未采用集成IGBT驅(qū)動模塊, 所設計的IGBT驅(qū)動電路如圖2所示。堡查壘量墊查!蘭璺塑±墨!塑整苧!些塑_圈盔匝圜圖z IGBT驅(qū)動電路原理圖其中HP310l是高速光耦,用于實現(xiàn)輸入輸出信 號的電氣隔離,Q1。Q2組成功率放大電路,

6、采用 +15V和一10V雙電源供電,保證正負偏壓滿足要 求。ouTl、OuT3來自圖1IGBT控制電路。3IGBT過流保護電路設計為了防止短路造成IGBT模塊損壞,必須有完善 的故障檢測和保護環(huán)節(jié),及時檢測出過電流故障,并 迅速關斷。本系統(tǒng)IGBT過流保護電路如圖3所示。 其中運放C814組成電壓跟隨器,其輸入是來自電 流互感器的輸出,兩個電壓比較器c271組成窗口電壓 比較器,比較器的輸出經(jīng)旅密特反相器連接到與門的輸 入端。當IGBT沒有過流時,c814的輸入電壓比較低, 窗口電壓比較器輸出為高電平,因此EN信號為高電 平,使1GBT驅(qū)動信號有效,反之,當lGBl、過流時,EN 信號變?yōu)榈碗?/p>

7、平,封鎖了lGBT驅(qū)動信號而使IGBT關 斷,調(diào)節(jié)電位器VR2,可以改變過流閾值的大小。圖3IGBT過流保護電路原理圖4結(jié)語本文所論述的IGBT控制、驅(qū)動及保護電路的設 計方法已經(jīng)在70kw中頻熟食加熱系統(tǒng)中得到了成 功的應用,證明該設計方法是切實可行的。參考文獻l衛(wèi)三民一種大功率IGBT實用驅(qū)動及保護電路 J.清華大學學報(自然科學版,2001,41 (9:55582陳光東.一種新型的IGBT驅(qū)動、保護及信號分配 延時的電路方案J.電氣傳動,2000,3:30 323戴育航.IGBT晶體管模塊中頻感應加熱爐口.鑄 造.2000,49(9:548550Abst陽ct:Presents the

8、principle of IGI汀contr01drive and pr。tecti。n circuit usi“g ln medium frequency heati“g system.The compIementary and highstability lGBT contr。I si窟nal i5produced by int89rated phase Iock“l(fā)oop circ uit LM565.Tht IGBT d“ve circuit is designed by high speed photocouple HP3101.and the over currenpr。tectl

9、on circuit also de3igned by windows volt89e comDarator-Keywordsl IGBTdrive circuitprotection circuit作者簡介譚克俊1963年出生,科教授,主姜從事電于設計自動化與微機控制方面的研究。¨¨¨¨¨舢¨lIhHll¨¨“l(fā)lInI¨¨hh+¨¨¨¨¨¨q¨I+l“l(fā)l+I¨¨I_l¨¨¨

10、;¨+¨¨ (上接第69頁參考文獻1朱善君,可編程控制系統(tǒng)原理應用維修.北京:清華大學出版社,1992AhtracttIntroducestk autocontrol ofMo出ficat|onbitumendevke by core controller PLC andHostComputer,Th desIgnd PLC control system is descr;bed as well.Keywords:modification bitumen device;PLCf controI system作者簡介蓋曉華女,1967年出生.南陽理工學曉講師。主要從事電氣自動化方面的教學與研究郭學羊 男,1966年出生,南陽理工學院講師,主要從事應用數(shù)學方面的教學與研究,71 中頻加熱系統(tǒng)IGBT控制、驅(qū)動及保護電路設計作者:譚克俊 , 欒秀珍 , 王維剛作者單位:大連海事大學,大連,116026刊名:現(xiàn)代電子技術英文刊名:MODERN ELECTRONIC TE