高功率因數的大功率開關電鍍電源研究

通過采用直接計算合成參考電壓矢量的方法，使計算變得簡單，簡化了電源硬件和系統軟件的設計，很好地控制了直流側電壓和輸入電流，有效地提高了電源的功率因數和效率。

4·逆變橋控制及IGBT的驅動和保護

4.1逆變橋控制

全橋逆變器4個開關管均采用IGBT，通過DSP中的事件模塊輸出開關控制命令，即PWM控制信號。PWM信號通過基于HCLP316J的驅動保護電路放大后控制逆變電路開關器件的開通和關斷，使逆變器輸出預期波形，從而有效提高電鍍電源開關頻率，大幅減小器件體積，降低功率器件的開關損耗。TMS320F2812是專用于電氣控制與傳動控制的集成32位DSP芯片，它第一次采用片內FLASH，采用了多組總線并行機制，具有速度高達150MHz的指令周期頻率，保證了信號處理的實時性。

4.2IGBT的驅動和保護

鑒于對電源和驅動的要求，考慮到可靠性和經濟性，為減小體積、降低噪聲干擾、改善驅動和保護性能，選擇了驅動器件HCLP316J來驅動開關管IGBT。HCLP316J內部使用了光電耦合器來提供控制與驅動電氣上的隔離，還具有過流檢測與保護功能，通過測量IGBT兩端的飽和壓降，當IGBT流過電流過大如短路時，HCLP316J可檢測到危險，同時封鎖驅動脈沖并給出報警信號。圖4示出基于HCPL316J驅動電路的設計。

5·功率合成

由于設計的電源功率較大，為進一步提高電源效率，有效實現大功率合成，該電源通過采用多個變壓器串并聯結構，使并聯的輸出整流二極管之間實現自動均流，如圖1虛線框內所示。為進一步減小損耗，輸出采用多個額定電流400A、額定電壓100V的肖特基二極管并聯。該變壓器是由14個相同的小變壓器構成，變比均為4∶1。

每個變壓器的次級輸出采用倍流整流方式，從而使變壓器輸出繞組無需中心抽頭，制造工序簡化。與全波整流方式相比，變壓器的匝比減小1/2，從而變壓器的漏感可以更小，變壓器次級電壓升高一倍，電流減小一半，可大幅減小輸出繞組的損耗；與橋式整流相比，倍流整流器使用的二極管數量減少一半。倍流整流器是結合全波整流和橋式整流兩者優點的整流器。這些措施都最大限度地減小了電源的輸出損耗，提高了效率。

6·實驗結果分析

根據以上策略，在圖1所示電路基礎上，采用1.2kV/150A的IGBT模塊開發了一臺60kW/20kHz（5kA/12V）大功率高頻電鍍電源，輸出電壓電流均可調。實驗電路參數如下：三相輸入電壓Uin=380V（50Hz），輸出功率Po=60kW，工作頻率f=20kHz。圖5示出采用Tektronix示波器記錄的實驗波形。

理論分析、仿真及實驗表明，該電路很容易實現三相單位功率因數和低電流畸變，可有效抑制三相大功率電鍍電源的網側電流諧波；負載電壓電流相位一致，可實現ZCS，減小開關損耗，提高電源利用效率。

7·結論

該電源采用三相PWM高功率因數整流方案，很好地解決了電鍍電源的電流嚴重畸變問題；使用全橋軟開關技術，使功率器件實現零電壓軟開關，減小了開關損耗及噪聲，提高了效率?；赥MS320LF2812的電鍍電源，充分利用DSP的高速運算能力和豐富的片內外設資源；控制電路采用穩壓穩流自動轉換方案，實現了輸出穩壓穩流的自動切換，提高了輸出性能；通過變壓器的功率合成方式，增大了電源容量，滿足了大功率應用場合的需求。經仿真和實驗證明，該電源具有相當的推廣和使用價值。

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