一種應用于感應加熱的并聯(lián)諧振逆變電源設計方案
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圖5逆變器觸發(fā)控制電路
圖5顯示了逆變器觸發(fā)控制電路的構成。對逆變電源的負載正弦電壓采作為鎖相環(huán)PLL的輸入?yún)⒖茧妷???紭?、過零比較,得到U1(t),慮到觸發(fā),驅動電路和開關器件的延時等情況,在PLL內部加入了相位補償電路,構成無相差鎖相環(huán)電路。鎖相環(huán)的輸出電由U2(t)產(chǎn)生的 Ⅰ、Ⅱ兩路壓U2(t)與輸入 U1(t)可實現(xiàn)零相位差,驅動輸出即可實現(xiàn)圖4中逆變器VT1~VT4的觸發(fā)脈沖波形。
3 IGBT驅動保護電路分析
本電源采用IGBT作為逆變開關和直流斬波器件,雖然具有電流容量大、驅動功率小、開關頻率高等優(yōu)點,但IGBT過流過壓能力相對晶閘管較弱,尤其是其承受反壓能力更加脆弱。因此IGBT驅動及保護電路性能的好壞直接影響到電源運行的可靠性和高效性。本設計中IGBT的驅動采用日本富士公司EXB系列的 EXB841集成化驅動電路,它適合驅動300A/1200V以下的IGBT,其最高工作頻率為40kHz.
圖6為IGBT驅動保護電路,當IGBT在發(fā)生故障或調試時出現(xiàn)過電流或短路的情況,可通過EXB841驅動電路內部設有電流保護功能進行保護,EXB841判斷過流的依據(jù)是檢測IGBT的集-射極間的電壓,這里在IGBT集電極與EXB841的6腳間串聯(lián)一個快速恢復二極管 EAR34-10,該二極管正向導通壓降為3V,反向恢復時間150ns.可以有效地提高EXB841對過流判斷的靈敏度,增強保護能力。為防止IGBT 受外界干擾使柵射電壓過高引起器件誤導通,尤其是在有上下橋臂的變換器或逆變器中,易造成同臂短路。在柵射極并接一電阻RGE,并在柵射極間并接2只反向串聯(lián)的穩(wěn)壓管。
在設計中同時還加入了RS觸發(fā)器:當IGBT發(fā)生過流時,EXB841的5腳電平為低,RS觸發(fā)器的S端變?yōu)楦唠娖?,輸出端Q輸出高電平,經(jīng)過三極管輸出的本地過流信號為低,此電平加到與門上可封鎖EXB841的輸入信號,達到及時撤出柵極信號、保護IGBT的目的。
一個可封鎖EXB841的輸入的信號為母線過流信號,如圖7所示。當逆變器輸出端負載短路、逆變驅動電路工作不正常或換流失敗時,均會引起短路過流。通過霍爾電流傳感器監(jiān)視逆變器輸入的直流母線的電流,轉換成電壓信號,送入高速比較器與基準電壓相比較,當超過基準電壓時,表示有母線有過流情況發(fā)生,過流保護動作。比較器輸出高電平,三極管導通,則輸出為低,實現(xiàn)可靠的過流保護。
4 結語
本文提出的并聯(lián)諧振逆變電源控制電路設計方案,針對其主電路、斬波電路及逆變器控制電路等進行了設計和分析,方案中所設計的PWM斬波功率調節(jié)電路中運用PI調節(jié)閉環(huán)控制能夠提高系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性。經(jīng)過對逆變器的過流保護分析,比較器輸出高電平,三極管導通,則輸出為低,可實現(xiàn)在加熱過程中負載參數(shù)變化時對諧振工作頻率的自動跟蹤,使逆變器工作在容性近諧振狀態(tài),保證逆變器的運行安全。
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