大功率DC電源(05-100)

　　電流饋電轉(zhuǎn)換器特性

　　電流饋電轉(zhuǎn)換器是電壓饋電轉(zhuǎn)換器的電對偶。如圖2所示，電流饋電轉(zhuǎn)換器由H橋、IGBT Q1~Q4、電源變壓器T1和輸出整流器二極管D5~D8組成。必須用另外功率電子電路產(chǎn)生輸入電流源。

　　通常的做法是需要電感器L1以保證在較高頻率有高抗阻總線。電流饋電轉(zhuǎn)換器不像電壓饋電轉(zhuǎn)換器，其輸出濾波器由單個元件(電容器C1)組成。

　　電流饋電轉(zhuǎn)換器工作的電壓和電流波形與電壓饋電轉(zhuǎn)換器工作模式互換。工作要求IGBT Q1~Q4為PWM工作，但在工作時限定Q1和Q3或Q2和Q4決不允許同時處在非導(dǎo)通狀態(tài)。

　　這種限定可保證H橋的輸入阻抗總是限定的。另外，電流源饋入開路電流將產(chǎn)生一個破壞高電壓。變壓器次級上的平均整流電流產(chǎn)生一個正比于IGBT導(dǎo)通周期的DC輸出電流。

　　由電流PWM波形激勵的變壓器T1基本上敏感于導(dǎo)通電壓變化、上升和下降時間差和錯誤的開關(guān)狀態(tài)。用電流饋電轉(zhuǎn)換器，可避免磁芯飽和，只要安匝激勵是在正常工作的限制內(nèi)(甚至電流是DC)就行。

　　電流饋電轉(zhuǎn)換器有一個缺點：電流源不是現(xiàn)有的，必須從電壓源產(chǎn)生。采用降壓轉(zhuǎn)換器或斬波器是顯而易見的選擇，這是因為它們在功率半導(dǎo)體中是非常有效的。

　　用這個附加的功率轉(zhuǎn)換級，可以把控制放置在電流饋電轉(zhuǎn)換器、斬波器或兩者之中。圖3示出包括3相輸入整流器、斬波器、電流饋電轉(zhuǎn)換器和輸出整流器的大功率轉(zhuǎn)換器。

 

　　圖3 整流器、斬波器和電流饋電轉(zhuǎn)換器

　　與輸入斬波器組合的電流饋電轉(zhuǎn)換器的新穎特性是在反常工作條件下的性能。變壓器T1，IGBT Q1~Q5和二極管D1~D8都可工作在短路狀態(tài)，具有系統(tǒng)級保護(hù)。

　　在這樣的條件下，電流的上升率是加在電感器L1上電壓的函數(shù)。電感器L1典型值以保持峰—峰紋波電流在最大值系數(shù)內(nèi)為準(zhǔn)。只要在斬波器開關(guān)轉(zhuǎn)換期間發(fā)生系統(tǒng)停機(jī)，就可以很好地控制峰值電流。允許延長失效檢測周期可使失效保護(hù)電路良好濾波，使得在高電子噪聲環(huán)境下有可靠無噪擾跳閘工作。

　　用斬波器和電流饋電轉(zhuǎn)換器組合，電路可以相互保護(hù)來自非正常大電流。由斬波器停機(jī)可以保護(hù)轉(zhuǎn)換器級中的失效，而由電流饋電轉(zhuǎn)換器停機(jī)可以保護(hù)斬波器中的失效。

　　在電路中加閉鎖二極管D16可以避免上述電流饋電轉(zhuǎn)換器開關(guān)轉(zhuǎn)換狀態(tài)下的限制。此元件為IGBT Q1和Q3或Q2和Q4提供器件關(guān)閉時的電流返回通路。二極管D16箝位H橋最大關(guān)閉電壓到跨接在電容器上的電壓。

　　結(jié)語

　　電壓饋電轉(zhuǎn)換器通常具有跨接在輸入電容器上的串聯(lián)連接功率器件。非正常開關(guān)轉(zhuǎn)換狀態(tài)可能使器件同時導(dǎo)通，引起電流迅速增大。另外，電壓饋電轉(zhuǎn)換器可產(chǎn)生DC偏移，導(dǎo)致主變壓器磁芯飽和。

　　在這些條件下為了保護(hù)功率半導(dǎo)體器件，需要高速失效檢測。在高噪聲環(huán)境下保護(hù)功率半導(dǎo)體器件是困難的。

　　電流饋電轉(zhuǎn)換器是電壓饋電轉(zhuǎn)換器的電對偶，喜歡短路狀態(tài)而不是工作的開路狀態(tài)。這種拓?fù)洳豢赡墚a(chǎn)生快速上升電流尖峰，在錯誤條件下也可能引起磁芯飽和。電流饋電轉(zhuǎn)換器工作具有SCR基電源的堅固性，但在高頻需要附加的功率處理級來控制和增強(qiáng)系統(tǒng)保護(hù)。■(京湘)