一種燃煤點火用igbt倍頻移相斬波型等離子電源的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種燃煤點火用IGBT倍頻移相斬波型等離子電源。
【背景技術(shù)】
[0002] 為了提高大功率IGBT開關(guān)整流電源設(shè)備的系統(tǒng)控制響應(yīng)速度以及燃煤點火等離 子直流輸出波形更加平滑（紋波系數(shù)更小）的要求，在大功率（100KW量級以上）IGBT開 關(guān)整流電源的工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計中，設(shè)計人員常常希望提高IGBT開關(guān)工作的頻率，使其設(shè)備控 制精度更高，響應(yīng)速度更快，整機更加小型化（體積和重量隨頻率的增加而大幅度減?。?。 但功率IGBT器件的工作頻率是有一定的工作頻率范圍的，小功率IGBT(如富士、三菱、西 門康、英飛凌30A-200A，電壓1700V-2400V)的開關(guān)工作頻率一般為20KHZ-30KHZ，大功率 IGBT(如富士、三菱、西門康、英飛凌300A - 800A，電壓1700V-2400V)的開關(guān)工作頻率一般 為1KHZ-20KHZ，而且隨著IGBT功率器件工作電壓和工作電流的提高，IGBT開關(guān)工作頻率也 隨之大幅度降低。因此對于100KW-5000KW量級的大功率IGBT開關(guān)斬波型電源來說，，單只 IGBT開關(guān)工作頻率已經(jīng)無法滿足大功率IGBT斬波電源工程項目對控制精度、響應(yīng)速度和 電源紋波品質(zhì)的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是提供一種燃煤點火用IGBT倍頻移相斬波型等離子電源，解決了 大功率IGBT斬波整流器開關(guān)頻率過低的問題。
[0004] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種燃煤點火用IGBT倍頻移相斬波型等離子 電源，包括一變壓器T和一濾波阻抗器Z ;變壓器T的輸出端與濾波阻抗器Z的輸入端之間 設(shè)有至少兩個并聯(lián)連接的IGBT斬波功率單元；
[0005] IGBT斬波功率單元包括與變壓器的輸出端連接的三相整流橋UR，與三相整流橋 UR連接的LC濾波電路，以及連接在LC濾波電路和濾波阻抗器Z之間的IGBT開關(guān)K ;IGBT 開關(guān)K連接有一驅(qū)動器，驅(qū)動器的輸入端連接至一電源控制單元；
[0006] 電源控制單元包括一用于產(chǎn)生PffM脈沖控制信號的PffM信號發(fā)生器，以及用于將 PffM脈沖控制信號進(jìn)行移相產(chǎn)生多路PffM脈沖移相信號的PffM信號移相器。
[0007] 進(jìn)一步地，PffM信號發(fā)生器采用的是DSP控制器。
[0008] 進(jìn)一步地，PffM信號移相器采用的是FPGA控制器。
[0009] 進(jìn)一步地，DSP控制器包括A/D轉(zhuǎn)換模塊，用于將采集到的電流信號和直流電壓信 號轉(zhuǎn)為數(shù)字信號，并將數(shù)字信號緩存于寄存器中，
[0010] 數(shù)字濾波模塊，用于對數(shù)字信號進(jìn)行濾波處理，并獲取濾波后的數(shù)字信號的平均 值；
[0011] PffM波形模塊，用于產(chǎn)生PffM信號；
[0012] PffM比較模塊，用于將PffM信號與平均值進(jìn)行PID計算得到PffM脈沖控制信號。
[0013] 本發(fā)明的有益效果為：
[0014] 1、通過本申請可實現(xiàn)多個并聯(lián)IGBT斬波功率單元之間的倍頻移相斬波控制，提 高了斬波整流器直流輸出的開關(guān)頻率，由于直流輸出開關(guān)頻率的成倍提高，可極大降低直 流輸出濾波電抗器的體積和重量，可大幅度提高直流電源輸出紋波的品質(zhì)和穩(wěn)定精度。
[0015] 2、本IGBT倍頻移相斬波整流電源由若干個并聯(lián)IGBT斬波功率單元組成，其中任 何一個斬波功率單元發(fā)生故障，不會影響其他單元模塊的正常工作，不至于因為一個單元 故障而停機，極大的提高了電源系統(tǒng)的可靠性和安全性。
[0016] 3、本電源系統(tǒng)采用模塊化工藝設(shè)計制造技術(shù)，可對IGBT功率斬波單元模塊標(biāo)準(zhǔn) 化，生產(chǎn)制造將更加容易，質(zhì)量更能得到有效的控制，技術(shù)服務(wù)將更加簡單、快捷。
【附圖說明】
[0017] 圖1為本發(fā)明最佳實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018] 圖2為本發(fā)明最佳實施例的電源控制單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019] 圖3為IGBT兩倍頻移相斬波整流電源的輸出脈沖波形圖。
【具體實施方式】
[0020] 下面對本發(fā)明的【具體實施方式】進(jìn)行描述，以便于本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員理解本發(fā) 明，但應(yīng)該清楚，本發(fā)明不限于【具體實施方式】的范圍，對本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來講， 只要各種變化在所附的權(quán)利要求限定和確定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，這些變化是顯而易 見的，一切利用本發(fā)明構(gòu)思的發(fā)明創(chuàng)造均在保護(hù)之列。
[0021] 如圖1所示的燃煤點火用IGBT倍頻移相斬波型等離子電源，包括一變壓器T和一 濾波阻抗器Z ;變壓器T的輸出端與濾波阻抗器Z的輸入端之間設(shè)有至少兩個并聯(lián)連接的 IGBT斬波功率單元。
[0022] 上述IGBT斬波功率單元包括與變壓器T的輸出端連接的三相整流橋UR，與三相整 流橋UR連接的LC濾波電路，以及連接在LC濾波電路和濾波阻抗器Z之間的IGBT開關(guān)K ; IGBT開關(guān)K連接有一驅(qū)動器，驅(qū)動器的輸入端連接至一電源控制單元。如圖2所示，電源控 制單元包括一用于產(chǎn)生PWM脈沖控制信號的PWM信號發(fā)生器，以及用于將PWM脈沖控制信 號進(jìn)行移相產(chǎn)生多路PWM脈沖移相信號的PWM信號移相器。
[0023] 其中PffM信號發(fā)生器采用的是DSP控制器；PffM信號移相器采用的是FPGA控制器。 利用DSP控制器中的A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器采集直流電流信號和直流電壓信號，并將采集到的直 流電流信號和直流電壓信號進(jìn)行緩存，供PID運算和系統(tǒng)保護(hù)使用。DSP控制器對采集到的 電流信號進(jìn)行數(shù)字濾波處理，去掉最大值和最小值，取其平均值作為電流反饋與預(yù)先設(shè)定 的電流值進(jìn)行PID運算，將運算結(jié)果通過PffM端口產(chǎn)生PffM脈沖控制信號傳送至FPGA控制 器。PffM信號移相器采用的是F28335,將接收到的PffM脈沖控制信號通過FPGA輸出PffMl、 PWM2…PffMn的多路PffM脈沖移相信號。所產(chǎn)生的多路PffM脈沖控制信號分別送入各自驅(qū) 動器進(jìn)行功率放大后驅(qū)動控制功率IGBT開關(guān)的開通和關(guān)斷。
[0024] 每個IGBT倍頻移相斬波整流電源包括多個并聯(lián)連接的IGBT斬波功率單元，每個 IGBT的PffM控制觸發(fā)脈沖依次相移（360/N)電角度，斬波整流器就可實現(xiàn)輸出N倍每個 IGBT斬波功率單元的工作開關(guān)頻率。假定每個IGBT的PffM控制觸發(fā)脈沖的頻率為15KHZ， 那么斬波整流器的輸出頻率為N*15KHz = 15N(KHz)。
[0025] 如圖3所示，若采用兩個IGBT斬波功率單元并聯(lián)時，每個IGBT的PffM控制觸發(fā)脈 沖依次相移180°電角度，斬波器就可實現(xiàn)輸出2倍頻每個IGBT的工作開關(guān)頻率。我們假 定每個IGBT的PffM控制觸發(fā)脈沖的頻率為15KHZ，那么斬波器的輸出頻率f2為2x 15KHz =30KHz〇
[0026] 并且，一套大功率斬波型IGBT開關(guān)整流電源可由多個IGBT斬波功率單元組成，這 樣每個IGBT斬波功率單元中的IGBT元件依照設(shè)計選型規(guī)則可選用較小電流的IGBT來實 現(xiàn)模塊單元的斬波，由于小功率IGBT元件的開關(guān)工作頻率相對較高，因此在電路中的斬波 工作頻率就可以得到大幅度的提高。同時由于并聯(lián)的每個功率模塊之間的IGBT斬波驅(qū)動 脈沖控制信號（PWM)采用移相控制，所以N個斬波功率單元模塊并聯(lián)后輸出的斬波頻率為 每個斬波功率單元電路輸出頻率的N倍。由于電路工作頻率提高，斬波開關(guān)電源系統(tǒng)的快 速響應(yīng)時間和電源的穩(wěn)定控制精度和IGBT斬波開關(guān)電源的單位體積下的功率密度，電源 輸出的直流紋波品質(zhì)將大大提高，所需直流輸出濾波電抗器的體積也將顯著減小，從而可 大幅度減小電源整機的體積和重量，降低產(chǎn)品的設(shè)計制造成本。
[0027] 此外，本IGBT倍頻移相斬波整流電源由若干個并聯(lián)IGBT斬波功率單元組成，其中 任何一個斬波功率單元發(fā)生故障，不會影響其他單元模塊的正常工作，不至于因為一個單 元故障而停機，極大的提高了電源系統(tǒng)的可靠性和安全性。
[0028] 本電源系統(tǒng)采用模塊化工藝設(shè)計制造技術(shù)，可對IGBT功率斬波單元模塊標(biāo)準(zhǔn)化， 生產(chǎn)制造將更加容易，質(zhì)量更能得到有效的控制，技術(shù)服務(wù)將更加簡單、快捷。
[0029] 實踐證明該項發(fā)明技術(shù)，在100KW量級以上的大功率IGBT斬波型開關(guān)整流電源的 設(shè)計、生產(chǎn)制造、質(zhì)量控制和制造成本、服務(wù)成本方面均具有十分良好效果。市場需求量大， 很容易實現(xiàn)量產(chǎn)和標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，具有強勁的生命力，同時具有極高的經(jīng)濟效益和社會效益。 比較結(jié)果如下：
[0030]
[0031]
【主權(quán)項】
1. 一種燃煤點火用IGBT倍頻移相斬波型等離子電源，其特征在于，包括一變壓器T和 一濾波阻抗器Z ;所述變壓器T的輸出端與濾波阻抗器Z的輸入端之間設(shè)有至少兩個并聯(lián) 連接的IGBT斬波功率單元； 所述IGBT斬波功率單元包括與所述變壓器的輸出端連接的三相整流橋UR，與所述三 相整流橋UR連接的LC濾波電路，以及連接在所述LC濾波電路和所述濾波阻抗器Z之間的 IGBT開關(guān)K ;所述IGBT開關(guān)K連接有一驅(qū)動器，所述驅(qū)動器的輸入端連接至一電源控制單 元； 所述電源控制單元包括一用于產(chǎn)生PWM脈沖控制信號的PWM信號發(fā)生器，以及用于將 所述PffM脈沖控制信號進(jìn)行移相產(chǎn)生多路PffM脈沖移相信號的PffM信號移相器。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的離子電源，其特征在于，所述PffM信號發(fā)生器采用的是DSP控 制器。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的離子電源，其特征在于，所述PffM信號移相器采用的是FPGA 控制器。4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的離子電源，其特征在于，所述DSP控制器包括 A/D轉(zhuǎn)換模塊，用于將采集到的電流信號和直流電壓信號轉(zhuǎn)為數(shù)字信號，并將所述數(shù)字 信號緩存于寄存器中， 數(shù)字濾波模塊，用于對所述數(shù)字信號進(jìn)行濾波處理，并獲取濾波后的數(shù)字信號的平均 值； PWM波形模塊，用于產(chǎn)生PWM信號； PWM比較模塊，用于將所述PWM信號與所述平均值進(jìn)行PID計算得到PffM脈沖控制信 號。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種燃煤點火用IGBT倍頻移相斬波型等離子電源，其中，IGBT倍頻移相斬波整流電源包括一變壓器和一濾波阻抗器；變壓器的輸出端與濾波阻抗器的輸入端之間設(shè)有至少兩個并聯(lián)連接的IGBT斬波功率單元；IGBT斬波功率單元包括與變壓器的輸出端連接的三相整流橋，與三相整流橋連接的LC濾波電路，以及連接在LC濾波電路和濾波阻抗器之間的IGBT開關(guān)；IGBT開關(guān)連接有一驅(qū)動器，驅(qū)動器的輸入端連接至一電源控制單元；電源控制單元包括PWM信號發(fā)生器和PWM信號移相器。本申請可實現(xiàn)多個并聯(lián)IGBT斬波功率單元之間的倍頻移相斬波控制，提高了斬波整流器直流輸出的開關(guān)頻率。
【IPC分類】H02M7/217
【公開號】CN105048835
【申請?zhí)枴緾N201510541009
【發(fā)明人】江之奎, 譚興川, 郭丹, 羅軍
【申請人】成都通用整流電器研究所
【公開日】2015年11月11日
【申請日】2015年8月28日