一種應(yīng)用于感應(yīng)加熱的并聯(lián)諧振逆變電源設(shè)計(jì)方案

圖5逆變器觸發(fā)控制電路

圖5顯示了逆變器觸發(fā)控制電路的構(gòu)成。對(duì)逆變電源的負(fù)載正弦電壓采作為鎖相環(huán)PLL的輸入?yún)⒖茧妷?。考樣、過(guò)零比較，得到U1(t)，慮到觸發(fā)，驅(qū)動(dòng)電路和開(kāi)關(guān)器件的延時(shí)等情況，在PLL內(nèi)部加入了相位補(bǔ)償電路，構(gòu)成無(wú)相差鎖相環(huán)電路。鎖相環(huán)的輸出電由U2(t)產(chǎn)生的 Ⅰ、Ⅱ兩路壓U2(t)與輸入 U1(t)可實(shí)現(xiàn)零相位差，驅(qū)動(dòng)輸出即可實(shí)現(xiàn)圖4中逆變器VT1~VT4的觸發(fā)脈沖波形。

3 IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路分析

本電源采用IGBT作為逆變開(kāi)關(guān)和直流斬波器件，雖然具有電流容量大、驅(qū)動(dòng)功率小、開(kāi)關(guān)頻率高等優(yōu)點(diǎn)，但I(xiàn)GBT過(guò)流過(guò)壓能力相對(duì)晶閘管較弱，尤其是其承受反壓能力更加脆弱。因此IGBT驅(qū)動(dòng)及保護(hù)電路性能的好壞直接影響到電源運(yùn)行的可靠性和高效性。本設(shè)計(jì)中IGBT的驅(qū)動(dòng)采用日本富士公司EXB系列的 EXB841集成化驅(qū)動(dòng)電路，它適合驅(qū)動(dòng)300A/1200V以下的IGBT,其最高工作頻率為40kHz.

圖6為IGBT驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路，當(dāng)IGBT在發(fā)生故障或調(diào)試時(shí)出現(xiàn)過(guò)電流或短路的情況，可通過(guò)EXB841驅(qū)動(dòng)電路內(nèi)部設(shè)有電流保護(hù)功能進(jìn)行保護(hù)，EXB841判斷過(guò)流的依據(jù)是檢測(cè)IGBT的集-射極間的電壓，這里在IGBT集電極與EXB841的6腳間串聯(lián)一個(gè)快速恢復(fù)二極管 EAR34-10,該二極管正向?qū)▔航禐?V,反向恢復(fù)時(shí)間150ns.可以有效地提高EXB841對(duì)過(guò)流判斷的靈敏度，增強(qiáng)保護(hù)能力。為防止IGBT 受外界干擾使柵射電壓過(guò)高引起器件誤導(dǎo)通，尤其是在有上下橋臂的變換器或逆變器中，易造成同臂短路。在柵射極并接一電阻RGE,并在柵射極間并接2只反向串聯(lián)的穩(wěn)壓管。

在設(shè)計(jì)中同時(shí)還加入了RS觸發(fā)器：當(dāng)IGBT發(fā)生過(guò)流時(shí)，EXB841的5腳電平為低，RS觸發(fā)器的S端變?yōu)楦唠娖剑敵龆薗輸出高電平，經(jīng)過(guò)三極管輸出的本地過(guò)流信號(hào)為低，此電平加到與門(mén)上可封鎖EXB841的輸入信號(hào)，達(dá)到及時(shí)撤出柵極信號(hào)、保護(hù)IGBT的目的。

一個(gè)可封鎖EXB841的輸入的信號(hào)為母線(xiàn)過(guò)流信號(hào)，如圖7所示。當(dāng)逆變器輸出端負(fù)載短路、逆變驅(qū)動(dòng)電路工作不正?；驌Q流失敗時(shí)，均會(huì)引起短路過(guò)流。通過(guò)霍爾電流傳感器監(jiān)視逆變器輸入的直流母線(xiàn)的電流，轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，送入高速比較器與基準(zhǔn)電壓相比較，當(dāng)超過(guò)基準(zhǔn)電壓時(shí)，表示有母線(xiàn)有過(guò)流情況發(fā)生，過(guò)流保護(hù)動(dòng)作。比較器輸出高電平，三極管導(dǎo)通，則輸出為低，實(shí)現(xiàn)可靠的過(guò)流保護(hù)。

4 結(jié)語(yǔ)

本文提出的并聯(lián)諧振逆變電源控制電路設(shè)計(jì)方案，針對(duì)其主電路、斬波電路及逆變器控制電路等進(jìn)行了設(shè)計(jì)和分析，方案中所設(shè)計(jì)的PWM斬波功率調(diào)節(jié)電路中運(yùn)用PI調(diào)節(jié)閉環(huán)控制能夠提高系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性。經(jīng)過(guò)對(duì)逆變器的過(guò)流保護(hù)分析，比較器輸出高電平，三極管導(dǎo)通，則輸出為低，可實(shí)現(xiàn)在加熱過(guò)程中負(fù)載參數(shù)變化時(shí)對(duì)諧振工作頻率的自動(dòng)跟蹤，使逆變器工作在容性近諧振狀態(tài)，保證逆變器的運(yùn)行安全。