電力機(jī)車新型高頻電源研究

圖2 電流型控制方式開環(huán)不穩(wěn)定性示意圖

4 系統(tǒng)主回路設(shè)計(jì)

主回路由輸入整流濾波電路，單相逆變橋，高頻變壓器，輸出整流濾波電路組成。如圖3。

4.1 輸入整流濾波電路

輸入整流電路將輸入交流396v電壓進(jìn)行整流、濾波，為單相逆變橋提供一個(gè)平滑的直流電壓。

4.2 單相逆變橋

單相逆變橋由q1～q4四個(gè)智能功率模塊(ipm)組成。為高頻變壓器提供脈寬可調(diào)的高頻交流方波電壓。

4.3 高頻變壓器

高頻變壓器t1起到隔離和降壓的作用，它由一個(gè)原邊繞組、兩個(gè)副邊繞組組成;

4.4 輸出整流濾波電路

輸出整流采用由快恢復(fù)二極管fd1、fd2組成的全波整流方式，整流后的高頻直流電壓通過輸出濾波電感l(wèi)1及電容c13輸出穩(wěn)定的直流110v。

4.5 智能功率模塊ipm

智能功率模塊ipm是先進(jìn)的混合集成功率元件，由高速、低耗的igbt芯片和優(yōu)化的門極驅(qū)動(dòng)和保護(hù)構(gòu)成，具備了igbt和集成電路的雙重優(yōu)點(diǎn)。但與普通igbt相比，在系統(tǒng)性能和可靠性上有進(jìn)一步提高。所有的ipm均采用同樣的標(biāo)準(zhǔn)化與邏輯電平控制電路相連的柵控接口，在產(chǎn)品系列擴(kuò)充時(shí)不需另行設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路。ipm還具有很好的自我保護(hù)能力：控制電源欠壓鎖定;過熱保護(hù);過流保護(hù);短路保護(hù)。

緩沖電路用以控制關(guān)斷浪涌電壓以及續(xù)流二極管恢復(fù)浪涌電壓。在某些應(yīng)用中，緩沖電路通過提供附加的電流路徑，使功率器件開關(guān)時(shí)的電壓電流相互錯(cuò)開，以減少開關(guān)損耗。

一般情況下，開關(guān)管關(guān)斷電壓起始尖峰由緩沖回路寄生電感造成。在一個(gè)典型的igbt功率回路中，最差情況的di/dt將接近0.02a/ns*ic。因?yàn)棣膙=ls*di/dt(ls為緩沖回路的寄生電感)，如果δv已被限定，那么可以推算出緩沖電路允許的最大電感量。

一般ipm的緩沖電路有三種結(jié)構(gòu)：如圖4所示。(a)由一個(gè)低感電容組成，在小功率設(shè)計(jì)時(shí)，這種緩沖電路用作對瞬變電壓有效而低成本的控制。(b)使用快恢復(fù)二極管解決了這個(gè)問題，該二極管可箝住瞬變電壓，從而抑制諧振的發(fā)生。(c)由于直接連到每個(gè)igbt的集電極和發(fā)射極，具有較小的回路電感。

圖3 主電路原理圖

圖4 緩沖電路結(jié)構(gòu)

圖5 控制原理圖

5 控制回路設(shè)計(jì)

控制電路是由以uc3846為核心的模擬電路構(gòu)成，其原理如圖5所示。

5.1 uc3846的性能及主要特點(diǎn)

能夠完成電流型方式控制的芯片包括uc3842和uc3846，uc3842為單路輸出結(jié)構(gòu)，uc3846有兩路互補(bǔ)的驅(qū)動(dòng)信號，適合于橋式電路，所以本設(shè)計(jì)采用了uc3846。uc3846具有一個(gè)恒定頻率的電流方式控制的所有功能，而且使外部電路得到了相當(dāng)程度的簡化。與電壓型控制芯片比較，3846多了一個(gè)3倍增益的電感電流放大器(ca)，所以它能夠組成一個(gè)雙環(huán)反饋系統(tǒng)。它既保留了電壓型控制的輸出電壓反饋控制部分，又增加了一個(gè)電流反饋環(huán)節(jié)，把電感電流放大器的輸出信號ui跟誤差放大器(ea)輸出加到pwm比較器反向端的電壓uu進(jìn)行比較，然后去控制鎖存器。

它具有如下特點(diǎn)：

(1)自動(dòng)前饋補(bǔ)償;