串聯(lián)諧振逆變器在中高頻電除塵電源的應(yīng)用資料

1、中高頻開(kāi)關(guān)電源作為一種電源變換裝置(zhungzh)，用途非常廣泛。它的發(fā)展與電力電子器件，控制理論，微處理器等學(xué)科與技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r緊密相連的。在電除塵器領(lǐng)域，隨著中篼頻開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展共四十六頁(yè)，國(guó)內(nèi)外許多單位紛紛開(kāi)始研制，生產(chǎn)大功率中高頻(o pn)開(kāi)關(guān)電源。因電除塵器電源的輸出頻繁工作在短路、燃弧載狀態(tài)，輸出電流較大。主回路開(kāi)關(guān)元件的開(kāi)關(guān)應(yīng)力較大。隨著開(kāi)關(guān)和功率的提共四十六頁(yè)高，開(kāi)關(guān)損耗劇增，因而，控制大功率、高頻率、負(fù)載不穩(wěn)定中篼頻開(kāi)關(guān)電源難度較大，因此主回路必須采用適當(dāng)?shù)耐負(fù)湫问?，解決IGBT損耗大，發(fā)熱量高，運(yùn)行保護(hù)(boh)問(wèn)題。諧振式電路共四十六頁(yè)的拓?fù)湫蝿?shì)較多，與硬開(kāi)關(guān)控制方式

2、相比，其特點(diǎn)主要是開(kāi)關(guān)損耗較低，可使工作頻率大大提高。在諧振式電路的拓?fù)湫?，串?lián)諧振式電路因其本身具有(jyu)限流特性，也就是說(shuō)當(dāng)輸出處于短路共四十六頁(yè)狀態(tài)(zhungti)時(shí)，主回路也不會(huì)像硬開(kāi)關(guān)那樣產(chǎn)生很大電流。同時(shí)串聯(lián)諧振式開(kāi)關(guān)可實(shí)現(xiàn)在零電流和零電壓附近的條件下開(kāi)關(guān)，理論上可以把開(kāi)關(guān)損耗降的很低甚至是零，不會(huì)像硬性開(kāi)關(guān)那樣因受發(fā)共四十六頁(yè)熱問(wèn)銓的影響而不能提高工作頻率。這是一種減小開(kāi)關(guān)損耗的有效方法(fngf)。二、串聯(lián)諧振工作原理采用全橋電路結(jié)構(gòu)，其電路與普通的全橋開(kāi)關(guān)電源基本一致，其不同之處僅僅是在變壓器原邊共四十六頁(yè)電路中串聯(lián)一個(gè)！jC電路，然而變換器的工作狀態(tài)卻由此發(fā)生(fsh

3、ng)很大變化，圖一所示電路是全橋串聯(lián)諧振電路。假定Q、4在I時(shí)刻導(dǎo)通，此時(shí)電源已通過(guò)Q，T、L、C及形成回路，由于共四十六頁(yè)回路中存在電感L和電容C.所以通過(guò)變壓器T原邊的電流呈正弦規(guī)律(gul)變化，如圖二所示，當(dāng)?shù)胶?，由于UC諧振電路的特點(diǎn)，此時(shí)電容C上的電壓會(huì)高于電源電壓，故丨1反向通過(guò)1、0共四十六頁(yè)4又流回電源。仍呈正弦規(guī)律變化，在此期間，應(yīng)撤除Q、4的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，當(dāng)L再度到零后，由于Q、4此時(shí)(c sh)已關(guān)斷不能形成諧振回路。故il的自由振蕩頻率為電路的工作周期11=2共四十六頁(yè)（1411），14的開(kāi)關(guān)頻率=1/ti.圖一控制D5、DS整流后提供(tgng)給負(fù)載。當(dāng)R0變化時(shí)，

4、如要維持輸出電壓U0不變，則可通過(guò)改變開(kāi)關(guān)頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)。圖二由圖二可見(jiàn)，在共四十六頁(yè)QCl開(kāi)通和關(guān)斷時(shí)刻（t，t2、t3、t4）流經(jīng)它們的電流為零，這樣，在理論上Q（的開(kāi)通損耗(snho)和關(guān)斷損耗(snho)均為零。人們?yōu)榱耸闺娫垂ぷ髟诟哳l率上，往往在二極管Dt、D共四十六頁(yè)4（或D2、D3），導(dǎo)通期間就使2、3（或Q，QJ導(dǎo)通，這是電流(dinli)的波形如圖三所示，此時(shí)2fXf.，h連續(xù)，圖三中bt，期間導(dǎo)通，tl、t2期間D，D4導(dǎo)通，在t2共四十六頁(yè)時(shí)刻，使2、3導(dǎo)通，此時(shí)電流il由Di、D4轉(zhuǎn)移到Qz、3.同理在t4時(shí)刻由D2、D3轉(zhuǎn)在il連續(xù)(linx)的狀態(tài)下，隨著fx變高，輸

5、出功率明顯變大，故設(shè)計(jì)者一般均把額定輸出狀共四十六頁(yè)態(tài)設(shè)定在這種條件下。綜上分析，由于電感作用，主回路(hul)開(kāi)始導(dǎo)通瞬間電流為零，關(guān)斷時(shí)，由于電流在關(guān)斷IGBT前過(guò)零，所以IGBT關(guān)斷時(shí)其上已無(wú)電流流過(guò)。這時(shí)的電流由IGBT共四十六頁(yè)上并聯(lián)(bnglin)的續(xù)流二極管中流通，IGBT能實(shí)現(xiàn)零電流關(guān)斷，其關(guān)斷損耗理論上為零。此后，由于在二極管導(dǎo)通時(shí)，另一組IGBT導(dǎo)通。IGBT電流接近于零，故開(kāi)關(guān)損耗也接近于零。三共四十六頁(yè)、IGBT散熱器設(shè)計(jì)當(dāng)電除塵器電源輸出電流(dinli)供給負(fù)載工作時(shí)，功率開(kāi)關(guān)器件1GBT本身也要消耗功率。滿負(fù)荷工作時(shí)，IGBT將產(chǎn)生較篼的功率損耗。散熱器設(shè)計(jì)要求將

6、IGBT功共四十六頁(yè)耗轉(zhuǎn)化的熱量迅速而可靠地從基板傳送到散熱器上散掉，確保IGBT的最高工作結(jié)溫不超過(guò)允許(ynx)溫度，散熱能力越強(qiáng)器件所能承受的功率就越大，而器件的散熱能力取決于它的熱傳導(dǎo)特性共四十六頁(yè)。其中Q總熱阻。T一基板結(jié)溫與環(huán)境溫度之差。外加散熱器后，總熱阻Q包括以下幾部分(b fen)Q=Qc+Q：i+Qa其中Qc-結(jié)到基板的熱阻。Qi：基板到散熱器界面的熱阻。Q共四十六頁(yè)A：散熱器到周?chē)諝獾臒嶙?。其中Ti器件結(jié)溫。TA周?chē)h(huán)境溫度。根據(jù)電源長(zhǎng)時(shí)間大電流工作的情況，選定最?lèi)毫? li)情況時(shí)的環(huán)境溫度TA和IGBT額定功耗P，從上式可求得所設(shè)計(jì)共四十六頁(yè)的散熱器到周?chē)諝獾臒嶙?/p>

7、Qa，而Qc和4都是確定(qudng)的，從散熱器手冊(cè)中求得熱阻Qa選定散熱器尺寸和散熱面積。為減小熱阻通常在IGBT模塊基板與散熱器界面之間涂上導(dǎo)熱硅膠，共四十六頁(yè)外加軸流風(fēng)機(jī)(fn j)幫助散熱，提高IGBT的耗散功率。四、IGBT的過(guò)流保護(hù)IGBT在短路和過(guò)流時(shí)，如不迅速加以保護(hù)就會(huì)導(dǎo)致器件失效，其主要原因有：器件過(guò)壓擊穿、發(fā)生擎住效應(yīng)共四十六頁(yè)、超過(guò)熱極限。過(guò)壓擊穿：IGBT處在過(guò)流的大電流狀態(tài)下，若保護(hù)電路(dinl)將其快速關(guān)斷，極大的電流下降率di/dt將在電路的感性元件、外電路雜散電感和內(nèi)封電感上感應(yīng)出一個(gè)大小共四十六頁(yè)為L(zhǎng)di/dt的電壓，過(guò)高的電壓過(guò)沖會(huì)造成IGBT雪崩擊穿

8、，使器件失效，對(duì)于常工作于篼壓、大電流下的IGBT，防止過(guò)流保護(hù)時(shí)，因快速(kui s)關(guān)斷造成過(guò)壓擊穿顯得尤為突出，無(wú)論共四十六頁(yè)是降柵壓的速度，即慢降壓還是慢關(guān)斷的速度都必須考慮由此造成的電壓(diny)過(guò)沖Ldi/dt.擎?。哼^(guò)流保護(hù)時(shí)，極大的電流下降di/dt和極大的電壓上升du/dt容易造成寄生晶閘共四十六頁(yè)管的觸通，一旦發(fā)生擎住現(xiàn)象，即使在IGBT柵極加上一5V的關(guān)斷電壓(diny)，也無(wú)法使其關(guān)斷，為避免發(fā)生擎住，關(guān)斷速度應(yīng)受到限制。熱損壞：有過(guò)流，保護(hù)關(guān)斷這段時(shí)間內(nèi)，IGBT同共四十六頁(yè)時(shí)承受大電流(dinli)和高電壓器件熱功耗急劇增加，為了防止熱損壞，過(guò)流的時(shí)間也受到限制。

9、當(dāng)IGBT出現(xiàn)過(guò)流時(shí)，先將其柵極驅(qū)動(dòng)電壓降低，然后再將其關(guān)斷，這種保護(hù)有兩大優(yōu)點(diǎn)，一是延共四十六頁(yè)長(zhǎng)了IGBT能夠承受過(guò)流時(shí)間，二是可以降低過(guò)流的幅度(fd)，假若過(guò)流時(shí)，若仍保持全柵壓驅(qū)動(dòng)，則IGBT過(guò)流櫥度大，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，若將柵極驅(qū)動(dòng)電壓降低，則IGBT過(guò)流幅值小，電共四十六頁(yè)流很快回落，持續(xù)大電流的時(shí)間(shjin)短。降柵壓保護(hù)是IGBT過(guò)流保護(hù)基本方法之一。降柵壓帶來(lái)問(wèn)題是過(guò)流時(shí)器件通態(tài)壓降的升篼，這樣管子瞬時(shí)熱損耗急劇增大，為防止熱損壞，這個(gè)時(shí)間共四十六頁(yè)應(yīng)足夠(zgu)短。慢降柵壓保護(hù)是指降柵壓保護(hù)時(shí)、柵極驅(qū)動(dòng)電壓Uge由正常電壓下降到保護(hù)時(shí)低電壓。申壓下降速度不能太快，這主要是

10、為了避免擎住效應(yīng)和防止di/dt引起的電壓過(guò)沖。共四十六頁(yè)慢關(guān)斷是指器件(qjin)的關(guān)斷速度，對(duì)應(yīng)于柵極是驅(qū)動(dòng)電壓由保護(hù)柵壓到關(guān)斷柵壓的下降過(guò)程，慢關(guān)斷保護(hù)也是為了防止過(guò)壓沖擊和擎住效應(yīng)。IGBT處于過(guò)流狀態(tài)時(shí)，不同的關(guān)斷速度di/d共四十六頁(yè)t引起的電壓Uce過(guò)沖不同，關(guān)斷速度越慢，電壓過(guò)沖越小，慢關(guān)斷保護(hù)也是IGBT過(guò)電流保護(hù)的基本方法。五、IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)柵極(shn j)正向驅(qū)動(dòng)電壓+Uge是一個(gè)重要的參數(shù)，必須共四十六頁(yè)正確選擇。因Uge增大時(shí)IGBT承受短路或過(guò)流的時(shí)間減小，對(duì)其安全不利，因此+Uge要綜合考慮，一般選+12+15V為好。在關(guān)斷過(guò)程中，為盡快抽取(chu q)PN

11、P管中的存儲(chǔ)電共四十六頁(yè)荷，須施加一負(fù)偏壓一Uge，但它受IGBT的GE間最大反向耐壓的限制(xinzh)一般取一2一10V為好。為了改善控制脈沖的前后沿陡度和防止振蕩，減小IGBT集電極大的電壓尖脈沖共四十六頁(yè)，需要在柵極串聯(lián)電阻(dinz)Rg（Rg指圖四艮、民、艮、艮），當(dāng)Rg增大會(huì)使IGBT通斷時(shí)間延長(zhǎng)，能耗增加。但若減小Rg會(huì)使di/dt增大，可能引起觸發(fā)誤導(dǎo)通或損壞IGBT，共四十六頁(yè)因此，應(yīng)根據(jù)電流容量和電壓定額及開(kāi)關(guān)頻率的不同(b tn)選擇合適的Rg值，一般Rg取十幾歐至幾十歐。因IGBT是壓控器件，當(dāng)集射間加有篼壓時(shí)很容易受到外界干擾使柵射間電壓超過(guò)一共四十六頁(yè)定值，引起器

12、件誤導(dǎo)通，尤其在橋式變換器中，易使同臂直通短路。為了(wi le)防止這種現(xiàn)象的發(fā)生，在柵射間并聯(lián)一電阻Rge（Rge指圖四、。、私艮可起到一定作用，一般Rge取100共四十六頁(yè)05000歐，而且應(yīng)將它并聯(lián)(bnglin)在柵射極最近處，此外，在柵射間并聯(lián)(bnglin)兩只反向串聯(lián)的穩(wěn)壓二極管，也可對(duì)驅(qū)動(dòng)電路出現(xiàn)的高壓尖脈沖起到一定的抑制作用。驅(qū)動(dòng)電路與控制電路在電氣上應(yīng)共四十六頁(yè)嚴(yán)格隔離。控制IGBT的柵極驅(qū)動(dòng)(q dn)電路應(yīng)盡可能簡(jiǎn)單實(shí)用。最好自身帶有對(duì)被驅(qū)動(dòng)(q dn)IGBT的完整保護(hù)能力，并有很強(qiáng)的抗干擾性能，其輸出阻抗應(yīng)盡可能低，其引至IGBT模塊的引線共四十六頁(yè)盡可能短，引線

13、應(yīng)采用絞線式同軸電纜屏蔽線。六、IGBT開(kāi)關(guān)(kigun)瞬態(tài)電壓抑制IGBT在開(kāi)通瞬間將受到浪涌電流的沖擊。形成浪涌電流的原因有二：一是在IGBT開(kāi)通瞬間，集電極電共四十六頁(yè)流上升速度（di/dt）增大(zn d)。二是尖峰電壓吸收網(wǎng)絡(luò)充放電電流疊加在開(kāi)通的IGBT管的集電極電流上形成電流尖峰。浪涌電流的特點(diǎn)是時(shí)間極短，而峰值很大，它是構(gòu)成威脅IGB共四十六頁(yè)T安全運(yùn)行的主要原因之一。在IGBT關(guān)斷時(shí)，存儲(chǔ)在布線漏感和高頻變壓器漏感中的能量(nngling)將釋放，它和集電極回路電容形式阻尼振蕩，該電壓疊加在關(guān)斷電壓上形成集電極關(guān)斷尖峰電壓共四十六頁(yè)，其值可能超過(guò)IGBT的耐壓能力，導(dǎo)致(d

14、ozh)晶體管損害，所以在設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中通常在IGBT的C一E間反向并聯(lián)鉗位續(xù)流二極管和吸收電路，以限制電壓峰值。七、降低母線分布電流共四十六頁(yè)方法將電流反向的母線相疊，并盡可能靠近，中間用絕緣材料墊開(kāi)。從電磁學(xué)原理上可知，當(dāng)上下導(dǎo)線母線形狀，面積相近，則二者產(chǎn)生的磁場(chǎng)將相抵消。理縮小母線長(zhǎng)度(chngd)固然能減小母線電共四十六頁(yè)感，而在很多情況下，有意將母線展寬，對(duì)減小母線電感有很顯著的效果。同時(shí)母線之間間隙(jin x)的減小，也有助于電感減小。詳細(xì)推導(dǎo)見(jiàn)共四十六頁(yè)jklifred 輸煤系統(tǒng)(xtng)干霧抑塵機(jī) /?page_id=38共四十六頁(yè)內(nèi)容摘要中高頻開(kāi)關(guān)電源作為一種電源變換裝置，用途非常廣泛。在諧振式電路的拓?fù)湫?，串?lián)諧振式電路因其本身具有限流特性，也就是說(shuō)當(dāng)輸出處于短路。jC電路，然而變換器