串联谐振逆变器在中高频电除尘电源的应用资料

1、中高频开关电源作为一种电源变换装置(zhungzh)，用途非常广泛。它的发展与电力电子器件，控制理论，微处理器等学科与技术的发展状况紧密相连的。在电除尘器领域，随着中篼频开关电源的发展共四十六页，国内外许多单位纷纷开始研制，生产大功率中高频(o pn)开关电源。因电除尘器电源的输出频繁工作在短路、燃弧载状态，输出电流较大。主回路开关元件的开关应力较大。随着开关和功率的提共四十六页高，开关损耗剧增，因而，控制大功率、高频率、负载不稳定中篼频开关电源难度较大，因此主回路必须采用适当的拓扑形式，解决IGBT损耗大，发热量高，运行保护(boh)问题。谐振式电路共四十六页的拓扑形势较多，与硬开关控制方式

2、相比，其特点主要是开关损耗较低，可使工作频率大大提高。在谐振式电路的拓扑形，串联谐振式电路因其本身具有(jyu)限流特性，也就是说当输出处于短路共四十六页状态(zhungti)时，主回路也不会像硬开关那样产生很大电流。同时串联谐振式开关可实现在零电流和零电压附近的条件下开关，理论上可以把开关损耗降的很低甚至是零，不会像硬性开关那样因受发共四十六页热问铨的影响而不能提高工作频率。这是一种减小开关损耗的有效方法(fngf)。二、串联谐振工作原理采用全桥电路结构，其电路与普通的全桥开关电源基本一致，其不同之处仅仅是在变压器原边共四十六页电路中串联一个！jC电路，然而变换器的工作状态却由此发生(fsh

3、ng)很大变化，图一所示电路是全桥串联谐振电路。假定Q、4在I时刻导通，此时电源已通过Q，T、L、C及形成回路，由于共四十六页回路中存在电感L和电容C.所以通过变压器T原边的电流呈正弦规律(gul)变化，如图二所示，当到后，由于UC谐振电路的特点，此时电容C上的电压会高于电源电压，故丨1反向通过1、0共四十六页4又流回电源。仍呈正弦规律变化，在此期间，应撤除Q、4的驱动信号，当L再度到零后，由于Q、4此时(c sh)已关断不能形成谐振回路。故il的自由振荡频率为电路的工作周期11=2共四十六页（1411），14的开关频率=1/ti.图一控制D5、DS整流后提供(tgng)给负载。当R0变化时，

4、如要维持输出电压U0不变，则可通过改变开关频率来实现。图二由图二可见，在共四十六页QCl开通和关断时刻（t，t2、t3、t4）流经它们的电流为零，这样，在理论上Q（的开通损耗(snho)和关断损耗(snho)均为零。人们为了使电源工作在更高频率上，往往在二极管Dt、D共四十六页4（或D2、D3），导通期间就使2、3（或Q，QJ导通，这是电流(dinli)的波形如图三所示，此时2fXf.，h连续，图三中bt，期间导通，tl、t2期间D，D4导通，在t2共四十六页时刻，使2、3导通，此时电流il由Di、D4转移到Qz、3.同理在t4时刻由D2、D3转在il连续(linx)的状态下，随着fx变高，输

5、出功率明显变大，故设计者一般均把额定输出状共四十六页态设定在这种条件下。综上分析，由于电感作用，主回路(hul)开始导通瞬间电流为零，关断时，由于电流在关断IGBT前过零，所以IGBT关断时其上已无电流流过。这时的电流由IGBT共四十六页上并联(bnglin)的续流二极管中流通，IGBT能实现零电流关断，其关断损耗理论上为零。此后，由于在二极管导通时，另一组IGBT导通。IGBT电流接近于零，故开关损耗也接近于零。三共四十六页、IGBT散热器设计当电除尘器电源输出电流(dinli)供给负载工作时，功率开关器件1GBT本身也要消耗功率。满负荷工作时，IGBT将产生较篼的功率损耗。散热器设计要求将

6、IGBT功共四十六页耗转化的热量迅速而可靠地从基板传送到散热器上散掉，确保IGBT的最高工作结温不超过允许(ynx)温度，散热能力越强器件所能承受的功率就越大，而器件的散热能力取决于它的热传导特性共四十六页。其中Q总热阻。T一基板结温与环境温度之差。外加散热器后，总热阻Q包括以下几部分(b fen)Q=Qc+Q：i+Qa其中Qc-结到基板的热阻。Qi：基板到散热器界面的热阻。Q共四十六页A：散热器到周围空气的热阻。其中Ti器件结温。TA周围环境温度。根据电源长时间大电流工作的情况，选定最恶劣( li)情况时的环境温度TA和IGBT额定功耗P，从上式可求得所设计共四十六页的散热器到周围空气的热阻

7、Qa，而Qc和4都是确定(qudng)的，从散热器手册中求得热阻Qa选定散热器尺寸和散热面积。为减小热阻通常在IGBT模块基板与散热器界面之间涂上导热硅胶，共四十六页外加轴流风机(fn j)帮助散热，提高IGBT的耗散功率。四、IGBT的过流保护IGBT在短路和过流时，如不迅速加以保护就会导致器件失效，其主要原因有：器件过压击穿、发生擎住效应共四十六页、超过热极限。过压击穿：IGBT处在过流的大电流状态下，若保护电路(dinl)将其快速关断，极大的电流下降率di/dt将在电路的感性元件、外电路杂散电感和内封电感上感应出一个大小共四十六页为Ldi/dt的电压，过高的电压过冲会造成IGBT雪崩击穿

8、，使器件失效，对于常工作于篼压、大电流下的IGBT，防止过流保护时，因快速(kui s)关断造成过压击穿显得尤为突出，无论共四十六页是降栅压的速度，即慢降压还是慢关断的速度都必须考虑由此造成的电压(diny)过冲Ldi/dt.擎住：过流保护时，极大的电流下降di/dt和极大的电压上升du/dt容易造成寄生晶闸共四十六页管的触通，一旦发生擎住现象，即使在IGBT栅极加上一5V的关断电压(diny)，也无法使其关断，为避免发生擎住，关断速度应受到限制。热损坏：有过流，保护关断这段时间内，IGBT同共四十六页时承受大电流(dinli)和高电压器件热功耗急剧增加，为了防止热损坏，过流的时间也受到限制。

9、当IGBT出现过流时，先将其栅极驱动电压降低，然后再将其关断，这种保护有两大优点，一是延共四十六页长了IGBT能够承受过流时间，二是可以降低过流的幅度(fd)，假若过流时，若仍保持全栅压驱动，则IGBT过流橱度大，持续时间长，若将栅极驱动电压降低，则IGBT过流幅值小，电共四十六页流很快回落，持续大电流的时间(shjin)短。降栅压保护是IGBT过流保护基本方法之一。降栅压带来问题是过流时器件通态压降的升篼，这样管子瞬时热损耗急剧增大，为防止热损坏，这个时间共四十六页应足够(zgu)短。慢降栅压保护是指降栅压保护时、栅极驱动电压Uge由正常电压下降到保护时低电压。申压下降速度不能太快，这主要是

10、为了避免擎住效应和防止di/dt引起的电压过冲。共四十六页慢关断是指器件(qjin)的关断速度，对应于栅极是驱动电压由保护栅压到关断栅压的下降过程，慢关断保护也是为了防止过压冲击和擎住效应。IGBT处于过流状态时，不同的关断速度di/d共四十六页t引起的电压Uce过冲不同，关断速度越慢，电压过冲越小，慢关断保护也是IGBT过电流保护的基本方法。五、IGBT驱动保护栅极(shn j)正向驱动电压+Uge是一个重要的参数，必须共四十六页正确选择。因Uge增大时IGBT承受短路或过流的时间减小，对其安全不利，因此+Uge要综合考虑，一般选+12+15V为好。在关断过程中，为尽快抽取(chu q)PN

11、P管中的存储电共四十六页荷，须施加一负偏压一Uge，但它受IGBT的GE间最大反向耐压的限制(xinzh)一般取一2一10V为好。为了改善控制脉冲的前后沿陡度和防止振荡，减小IGBT集电极大的电压尖脉冲共四十六页，需要在栅极串联电阻(dinz)Rg（Rg指图四艮、民、艮、艮），当Rg增大会使IGBT通断时间延长，能耗增加。但若减小Rg会使di/dt增大，可能引起触发误导通或损坏IGBT，共四十六页因此，应根据电流容量和电压定额及开关频率的不同(b tn)选择合适的Rg值，一般Rg取十几欧至几十欧。因IGBT是压控器件，当集射间加有篼压时很容易受到外界干扰使栅射间电压超过一共四十六页定值，引起器

12、件误导通，尤其在桥式变换器中，易使同臂直通短路。为了(wi le)防止这种现象的发生，在栅射间并联一电阻Rge（Rge指图四、。、私艮可起到一定作用，一般Rge取100共四十六页05000欧，而且应将它并联(bnglin)在栅射极最近处，此外，在栅射间并联(bnglin)两只反向串联的稳压二极管，也可对驱动电路出现的高压尖脉冲起到一定的抑制作用。驱动电路与控制电路在电气上应共四十六页严格隔离。控制IGBT的栅极驱动(q dn)电路应尽可能简单实用。最好自身带有对被驱动(q dn)IGBT的完整保护能力，并有很强的抗干扰性能，其输出阻抗应尽可能低，其引至IGBT模块的引线共四十六页尽可能短，引线

13、应采用绞线式同轴电缆屏蔽线。六、IGBT开关(kigun)瞬态电压抑制IGBT在开通瞬间将受到浪涌电流的冲击。形成浪涌电流的原因有二：一是在IGBT开通瞬间，集电极电共四十六页流上升速度（di/dt）增大(zn d)。二是尖峰电压吸收网络充放电电流叠加在开通的IGBT管的集电极电流上形成电流尖峰。浪涌电流的特点是时间极短，而峰值很大，它是构成威胁IGB共四十六页T安全运行的主要原因之一。在IGBT关断时，存储在布线漏感和高频变压器漏感中的能量(nngling)将释放，它和集电极回路电容形式阻尼振荡，该电压叠加在关断电压上形成集电极关断尖峰电压共四十六页，其值可能超过IGBT的耐压能力，导致(d

14、ozh)晶体管损害，所以在设计和制造过程中通常在IGBT的C一E间反向并联钳位续流二极管和吸收电路，以限制电压峰值。七、降低母线分布电流共四十六页方法将电流反向的母线相叠，并尽可能靠近，中间用绝缘材料垫开。从电磁学原理上可知，当上下导线母线形状，面积相近，则二者产生的磁场将相抵消。理缩小母线长度(chngd)固然能减小母线电共四十六页感，而在很多情况下，有意将母线展宽，对减小母线电感有很显著的效果。同时母线之间间隙(jin x)的减小，也有助于电感减小。详细推导见共四十六页jklifred 输煤系统(xtng)干雾抑尘机 /?page_id=38共四十六页内容摘要中高频开关电源作为一种电源变换装置，用途非常广泛。在谐振式电路的拓扑形，串联谐振式电路因其本身具有限流特性，也就是说当输出处于短路。jC电路，然而变换器