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功率因数校正器的辅助电路设计

工程师
2013-07-04 17:05:50    评分


图1


图2 起动电流抑制电路

在交流输入为网高压、相位为900时,冲击电流出现最大值。应把冲击电流抑制在多大范围内,并无具体规定。因此主要应视具体情况来选择电路参数。冲击电流抑制回路如图2(a)所示,其中,R为接入的冲击电流抑制电阻,Relay为继电器的常开点。起动时,由于起动电阻串接在输入回路中,可把冲击电流限制到我们所希望的范围内。当电容器充有足够的电压、认为起动过程可以结束时,通过继电器Relay将电阻R旁路(短接),电路正常工作。本设计中,最大输入电压为264伏。等效负载电阻为:


若接入的电阻,则可把起动电流限制到负载电流的水平,则起动过程是相当安全的。但由于调节器的输入电容较大(6000uF),则输入电容结束充电的时间长,一般为(3~5)RC,取4RC=1.3秒,加上继电器控制电路的延时;则起动电阻的实际投入时间会超过2秒,若起动过程的平均电流为4安,则 电阻的功耗峰值为848W,2秒的起动过程会产生1600焦耳以上的热量。因此要选择功耗很大的电阻器,尺寸也会很大,这是令人难以接受的,也是不现实的。为此,应选择阻值更大的电阻器,而阻值加大,结束起动过程随之延长,仍难令人满意。因止在抑制电阻回路中再串入一个负温度系数的热敏电阻NTCR,见图2(b)。一方面,在起动过程刚开始时,电路有较强的抑流能力;另一方面,随着起动过程的进行,负温度系数电阻的阻值下降,使电容器的充电电流又不至于太小,起动过程不至过长。
3.3 开关浪涌吸收保护电路
应用中的开关元件选择为IGBT模块。IGBT是一种电压控制的大功率高速可自关断的电力电子元件。它属于复合型器件,由MOSFET和晶体管构成达林顿结构。IGBT与其它功率开关一样,在开关管关断时,由于主回路电流的急剧下降,主回路存在的寄生电感将会引起很高的集源电压,称为开关浪涌电压。开关浪涌电压的峰值很高,可达常态电压的两倍。这样高的浪涌电压就可能使IGBT超过其安全工作区,导致 IGBT损坏,另外它也是产生噪声的一个原因。


图3 吸收电路原理
抑制浪涌电压的有效措施是采用吸收电路,电路如图3所示。吸收电路的原理是:当开关管关断时,蓄积在寄生电感中的能量通过开关的寄生电容(图中未画出)充电,开关电压上升;当此电压上升到吸收电容C的电压与输出电压之和时,吸收二极管导通。由于电容器的电压不能突变,因此开关的电压上升率被限制。
3.4 开关管的驱动保护电路
栅极驱动电路的设计是否合理,是IGBT实际应用中的一个重要问题。IGBT驱动电路形式一般有三种:直接驱动型、隔离驱动型和集成模块驱动型。
在电路设计中最好选用专用芯片,因为专用芯片都带有比较完善的保护功能,可靠性高,只需很少的外围元件,使用方便。目前市场上已有很多专用芯片,如美国MOTOROLA公司的MPD系列、日本东芝公司的TK系列、日本富士公司的EXB系列等。在本设计中,选用富士公司的EXB840,它能驱动75A、1200V的IGBT管,加直流20V作为集成块的工作电源。开关管频率在40KHZ以下,整个驱动电路动作快,信号延时不超过1.5毫秒。内部利用稳压二极管产生的负5伏电压,除供内部使用外,还为外部提供负偏压。集成块采用高速光耦输入隔离,并有过流检测及过载慢速关栅等功能。


图4 IGBT驱动电路
图4为具有过流检测,软管端的驱动电路图。该驱动电路的工作原理是:输入信号经反相器进入14脚,输出驱动信号从3脚输出。当IGBT出现过流时,5脚出现低电平,光耦SOI有输出,对PWM信号提供一个封锁信号,该信号使驱动脉冲转化为一系列窄脉冲,对EXB840实行软关断。
4 结语
辅助电路对于变换器的安全正常工作非常重要,因此,对于辅助电路的设计不容忽视。本文对功率因数校正器辅助电路中的滤波电路设计、起动电流抑制电路的设计和开关的浪涌吸收保护电路的设计进行了分析,实验结果达到了预期的主要技术指标要求



关键词: 功率因数校正     辅助     电路    

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