大功率直流電機(jī)測(cè)試電源設(shè)計(jì)源

① 額定電壓
輸入電網(wǎng)電壓整流濾波后，直流輸出的電壓最大值：
(11)
其中，Ud為IGBT承受的穩(wěn)態(tài)最大電壓，U為電網(wǎng)電壓有效值為380V；1.1為波動(dòng)系數(shù)；α安全系數(shù)取1.1。

關(guān)斷時(shí)的峰值電壓Uce為988V，額定電壓應(yīng)向上取，實(shí)際電壓等級(jí)值取1200V。

② 額定電流Ic
高頻變壓器一次側(cè)電流
I1=I2×N2/N1=125A
其中，I1為高頻變壓器一次側(cè)電流，I2為測(cè)試電源輸出電流，N1、N2為高頻變壓器一次側(cè)和二次側(cè)匝數(shù)。
每只IGBT管上的平均電流I為63A。

額定電流Ic是IGBT手冊(cè)上給出的在結(jié)溫25℃條件下的額定值，Ics=186A。

其中，Ics為IGBT額定電流計(jì)算值；I為每只IGBT管上的平均電流；1.414為峰值系數(shù)；1.5為Imin過(guò)載容量系數(shù)；1.4為Ic減小系數(shù)。額定電流Ic是根據(jù)管子電流等級(jí)按200A取。綜上所述，IGBT管的額定電壓為1200V，額定電流為200A。因此，IGBT選擇西門(mén)子大功率IGBT模塊BSM200GB120DLC。

4 輸出整流電路設(shè)計(jì)
開(kāi)關(guān)整流二極管不僅應(yīng)有短的反向恢復(fù)時(shí)間和小的反向恢復(fù)電流，而且反向電流的恢復(fù)速度以緩慢為好，便于減小噪聲。常用的有摻金擴(kuò)散型、外延型、肖特基型和快恢復(fù)型（PIN）。其中，快恢復(fù)型的特點(diǎn)是正向壓降低，常溫時(shí)0.85V，隨結(jié)溫升高，正向電壓降會(huì)更低，150℃時(shí)只有0.6V，和肖特基管接近；反向時(shí)間短，不大于200ns；反向漏電流在150℃時(shí)和額定電壓下只有1mA，接近普通整流二極管。故選用快恢復(fù)型二極管。

對(duì)于單相全波整流電路，整流二極管額定電流：
IN=0.5×I2=500A
式中，IN為整流二極管額定電流；I2為電源輸出電流1000A
管上承受最大反壓：
Um=2×U2=136V
其中，U2為測(cè)試電源輸出電壓幅值68V?？紤]到留有一定的裕量，因此，二極管按電壓300V，電流2000A選取。最終選擇的是ZK300-35ZT3平板型快恢復(fù)二極管。
　　
控制電路設(shè)計(jì)
本設(shè)計(jì)中控制電路選用移相控制。移相式PWM控制器通過(guò)移相，使全橋的四個(gè)開(kāi)關(guān)輪流導(dǎo)通。在同一橋臂的兩個(gè)開(kāi)關(guān)管輪流導(dǎo)通過(guò)程中，通過(guò)變壓器的漏感與開(kāi)關(guān)管的輸出寄生電容組成諧振腔使電容上的電壓以最快的速度放電，保證開(kāi)關(guān)管處于零電壓開(kāi)關(guān)狀態(tài)(ZVS)，從而避免了開(kāi)關(guān)工作過(guò)程中電壓電流的重疊。

PWM移相控制是通過(guò)UC3875的誤差放大器來(lái)實(shí)現(xiàn)的，在UC3875的4角上接PI調(diào)節(jié)器，利用電壓傳感器將輸出電壓與給定基準(zhǔn)電壓相比較，從而控制A、B與C、D之間的相位，最終調(diào)整波形占空比，使電源穩(wěn)定在預(yù)定值上。A/B、D/C兩個(gè)半橋，可單獨(dú)進(jìn)行導(dǎo)通延時(shí)(即死區(qū)時(shí)間)的控制，在該死區(qū)時(shí)間內(nèi)確保下一個(gè)功率開(kāi)關(guān)器件的輸出電容放電完畢，為即將導(dǎo)通的開(kāi)關(guān)器件提供電壓開(kāi)通條件。

圖3所示是本設(shè)計(jì)的控制電路圖。

圖3 控制電路

驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)
隨著IGBT在各類(lèi)變流裝置中的廣泛應(yīng)用，IGBT驅(qū)動(dòng)模塊的選擇及其性能越來(lái)越引起使用者的重視。理想的驅(qū)動(dòng)模塊除了應(yīng)為IGBT提供足夠的開(kāi)通和關(guān)斷柵壓外，還應(yīng)具備迅速、可靠的保護(hù)功能，同時(shí)力求電路簡(jiǎn)單、穩(wěn)定。IGBT的常用驅(qū)動(dòng)模塊有許多種，其中EXB系列應(yīng)用最廣。EXB841驅(qū)動(dòng)模塊廣泛應(yīng)用于開(kāi)關(guān)電源、UPS、電力傳動(dòng)及電力補(bǔ)償?shù)阮I(lǐng)域。

圖4所示是本設(shè)的IGBT的驅(qū)動(dòng)電路圖。

圖4 驅(qū)動(dòng)電路

IGBT在開(kāi)關(guān)過(guò)程中需要一個(gè)+15V電壓以獲得低開(kāi)啟電壓，還需要一個(gè)5V關(guān)柵電壓以防止關(guān)斷時(shí)的誤動(dòng)作。

這兩種電壓均可由20V供電的驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部電路產(chǎn)生。