《IGBT全桥逆变器用RCC多路开关电源的研究.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《IGBT全桥逆变器用RCC多路开关电源的研究.docx（9页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、IGBT全桥逆变器用RCC多路开关电源的研究IGB T全桥逆变器用RCC多路开关电源的研究广东工业大学彭端彭珞丽朱小戈温建球 摘要:文章简述IGBT全桥逆变器对其控制电源的技术要求,应用RCC自激反激型变换器原理,研制成功6 路独立输出开关电源,给出了实际电路和试验结果。关键词:开关电源变换器控制电源Research on M ulti-output Sw itch i ng M ode Power Supply(RCC)for the Full-br idge I nverter Usi ng IGBTPeng D uanPeng L uo liZhu X iaogeW en J ianqi
2、uAbstract:T h is paper describes technical dem ands of contro lling pow er sup lly fo r IGBT full2bridge inverter.U sing RCC self2excite type converto r p rinci p le,six2independent2output s w itch ing mode pow er supp ly(RCC)isdevelopped.T he p ractical circuit and experi m ental result are given.K
3、eywords:s w itch ing mode pow er supp lyconverto rcontro lling pow er sup lly1引言随着电力电子应用技术的发展,IGB T全桥逆变器在中大功率变换器中应用日益广泛,IGB T、PWM信号的产生电路、反馈信号的检测、IGB T器件的故障检测及保护电路、电源系统微机监控都需要高稳定性低纹波多路独立的直流电源。这种电源可以采用传统的晶体管线性电源,但存在工频变压器、体积大、效率低、稳压范围窄等缺陷,更糟糕的是当线性电源中晶体管击穿短路,过高的工频变压器二次电压直接送到IGB T全桥逆变器的驱动厚膜集成电路,直接威胁IGB T
4、器件的安全。因此研究IGB T 全桥逆变器用多路独立输出开关电源对保证IGB T全桥逆变器安全可靠正常工作具有实际意义1。我们针对上述实际问题,应用RCC自激反激型变换器原理,研究成功6路独立输出开关电源。为了配合EXB840、EXB841IGB T驱动器、U C3875等PWM控制器2,RCC6路独立输出开关电源电压、电流、电压纹波参数如表1所示。表1RCC6路独立输出开关电源参数序号输出电压输出电流输出电压纹波输出电压路数1+20V250mA212V250mA3+5V500mA 1)控制电源输出电压纹波应尽可能低,电源电压稳定性好。2)控制电源输出电压调整速度快,能适应脉动电流负载,输出滤
5、波电容必需质量高。3)当控制电源发生故障时,不能对驱动及保护电路和IGB T模块构成威胁,控制电源保护电路立即动作。4)多路独立输出电压间相互影响小,电压建立时间短,对电网的适应性强。5)控制电源体积小,工作可靠性强,调试方便,易于维护。3RCC自激反激型变换器原理RCC自激反激型变换器结构简单,不需振荡电路,无直通现象,易于实现多路独立输出电压、体积小、元件少、可靠性高等优点,但开关频率随电网电压和输出负载变化,开关管耐压要求高,轻载时易于产生间隙振荡等缺陷3,这些问题必需在设计和调试时加以注意。图1所示RCC自激反激型变换器基本电路4,交流电网220V交流电压经整流滤波得310V直流电压,
6、通过高频变压器原边绕组N1加到开关晶体管TR1的集电极上,同时经起动电阻75电气传动2021年第6期R G 向晶体管TR 1基极注入电流,促使开关晶体管TR 1导通。一但开关晶体管TR 1导通,高频变压器原边绕组N 1就加上直流电压,原边绕组N 1产生感应电势平衡直流电压,副边绕组N B 产生感应电势E b 向晶体管TR 1基极注入电流,形成基极电流I b ,开关晶体管TR 1进一步导通,形成强烈正反馈过程,开关晶体管TR 1集电极电流I c 线性增加。此时高频变压器副边绕组N 2感应电势迫使二极管D 1反偏截止,电容器E 2对负载供电,高频变压器处于储能阶段。一但开关晶体管TR 1集电极电流
7、I c 线性增加到I c m ax ,开关晶体管TR 1进入饱和区,基极驱动电流I b 不足,集电极和发射极电压V ce 增加,导至高频变压器原边绕组N 1上直流电压减少,原边绕组N 1产生感应电势反向,副边绕组N B 产生感应电势E b 也反向,形图2实际的RCC 自激反激型6路独立输出开关电源电路成晶体管TR 1基极抽取电流,开关晶体管TR 1开始截止,集电极和发射极电压V ce 进一步增加,原边绕组N 1产生感应电势反向进一步增加,副边绕组N B 产生感应电势E b 也反向进一步增加,形成晶体管TR 1基极抽取电流进一步增加,开关晶体管TR 1进一步截止,形成强烈正反馈过程,迫使开关晶体
8、管TR 1截止。此时高频变压器副边绕组N 2感应电势反向迫使二极管D 1导通,副边绕组N 2感应电势对电容器E 2充电保持输出电压的稳定,高频变压器处于能量释放阶段。如此周而复始,能量不断从原方传递到副方,维持副方电压稳定。高频变压器既有储能的电感作用又有降压的作用。图1RCC 自激反激型变换器基本电路4实际的RCC 自激反激型6路独立输出开关电源 图2所示实际的RCC 自激反激型6路独立输出开关电源电路图,交流输入电压在170250V 之间,开关电源都能正常工作。电路图中交流输入电压经二极管D 1D 4、C 3整流滤波获得直流电压,通过晶体管TR 1开关动作,高频变压器T R 将直流电压逆变
9、成高频交流电压,经二极管D 6D 12、C 5C 11高频整流滤波即获得6路独立 输出直流电压,晶体管TR 1工作开关频率3040kH z ,占空比0.30.45,且开关频率随输出电流85电气传动2021年第6期的增加而下降,占空比增大。R1R3、U1、U2、构成输出电压调节负反馈,保证交流输入电压变化时和输出负载变化,6路独立输出直流电压不变,其中R1可以进行输出电压调节。C1、R5、R8、TR2组成晶体管TR1过流保护电路,当输出电流过大和输出短路时,TR2导通分流晶体管TR1的基极电流,迫使晶体管TR1截止,从而保护晶体管TR1。上述电路的反馈调节信号直接取自+5V直流电压,当输出直流电
10、压升高时,U2(TL431)的参考电压U ref也跟着升高,TL431的阴极电压U A K 下降,光电耦合器U1(4N33)中发光二极管的电流增加,使得光电三极管的I ce电流增加,分流晶体管TR1的基极电流,使晶体管TR1提前截止,导通占空比减少,促使输出直流电压降低。另外其它各路直流电压的变化,都会引起高频变压器各路电流的变化,电流的变化导至高频变压器磁通的变化,磁通的变化导至+5V直流电压的变化。因此,只要高频变压器各个绕组参数设计得当,+ 5V直流电压的稳定,就能保证其它5路独立输出直流电压的稳定。5试验结果和规律分析5.1交流输入电压对晶体管开关频率和导通占空比的影响在额定负载下,不
11、同的交流输入电压V in时,晶体管开关频率f和导通占空比?、输出直流电压V o(+20V的某一路)测量值如表2所示。表2交流输入电压V in对晶体管开关频率f和导通占空比?的影响V in(V)6078106124141159176198212240265 f(kH z)3231313131313133363740?0.450.440.440.440.440.440.440.430.430.370.32 V o(V)68.31214.517192* 从表2中测量数据分析,当交流输入电压较低,+5V直流电压的反馈系统未起作用时,交流输入电压对晶体管开关频率f和导通占空比?的影响不大,输出电压V o
12、随交流输入电压V in升高而升高,直流电压的反馈系统正常工作后,输出电压V o不再随交流输入电压V in升高变化,晶体管开关频率f升高和导通占空比?减小。 5.2负载变化对输出电压的影响在交流输入电压220V的情况下,其中+20 V的某一路的负载R L变化,测量本路输出电压V o1和另外一路+20V输出电压V o2,测量数据如表3所示。表3负载R L变化对输出电压V o1和输出电压V o2的影响R L(8)9580605030V o1(V)20.120.120.120.019.5V o2(V)20.120.020.020.019.1 测量数据表明,变化其中+20V的某一路的R L达+200%时
13、,本路输出电压V o1和另外一路+ 20V输出电压V o2基本不变,RCC自激反激型6路独立输出开关电源有较强的负载适应性。 5.3输出电流对晶体管开关频率f和导通占空比?的影响实验表明,晶体管开关频率f随输出电流的增大而下降,导通占空比?随输出电流的增大而增大。5.4磁芯气隙和工作频率、输出电压的关系磁芯气隙越大,工作频率越高,在+5V直流电压的反馈系统未起作用时,输出电压越高,在反馈系统起作用时,输出电压不变。6结束语RCC6路独立输出开关电源经反复研究和试验,其性能完全达到IGB T全桥逆变器对其控制电源的技术要求,是IGB T逆变器中实用的经济的控制电源,可广泛应用于大功率IGB T变换器和变频器中,具有广泛的应用前景。参考文献1彭端.新型电影放映大功率氙灯电源的研究.电力电子技术, 1995(4):39412彭端.EXB840改进型驱动电路.电力电子技术,1996(1):51533张锡赓,林建伟,张淑芬.GTR变频器用开关电源存在的问题及对策.电力电子技术,1998(2):63654张占松.开关电源的原理与设计.北京:电子工业出版社,1998收稿日期:1998210212修改稿日期:202120721095电气传动2021年第6期