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详解变频电源硬件模块设计原理

时间:2021-03-05 11:40:48 点击:303 次 来源:常州市卡宴电子科技有限公司
       变频电源的发展道路是漫长的,变频电源的发展史是随着电子器件的发展而演变的。上世纪80年代的电子式变频电源以日本的小型仪器电源为主流产品,之后随着生产水平提高,科技技术不断取得成绩,开始向精密化、模块化、集约化发展。所谓模块,是指在通信、计算机、数据处理控制系统的电路中,可以组合和更换的硬件单元。变频电源的电路硬件模块主要包括整流模块、逆变模块、隔离驱动模块和滤波模块这四大类型。下面,卡宴小编为大家分享一下变频电源硬件模块设计原理的相关知识吧,希望帮助大家更深入地了解变频电源的先进之处。

  一、整流模块设计


  常用的三相桥式整流电路大致可以分为三种:不控整流、全控整流、半控整流。它们的电路结构均是一样的,只是所使用的整流元器件不同。三相桥式不控整流电路的整流器件是普通的电力二极管,不可控的器件。当它承受正向电压时会立即自然导通,承受反向电压时会立即阻断,电路设计简单,功耗较小。

  三相桥式全控整流电路的整流管全为可控的晶闸管开关器件,桥式半控整流电路的整流管为可控的晶闸管和不控二极管的组合。开关器件晶闸管开通必须具备两个条件:正向电压和触发电流脉冲。这就要求在整流时要附加脉冲产生电路,时间上会产生延迟,也就是延迟触发角。

  综合分析以上三种整流方式可知:桥式不控整流电路设计简单,功耗小;而全控和半控整流电路控制复杂,晶闸管在导通后功耗相对较大,触发角控制不好会使电路出现断续现象,所以通常采用简单的三相桥式不控整流电路。

  整流之后由于脉动电压比较大,会选取并联电容进行滤波。电容作为储能元件,具有隔直通交、隔低频通高频的功能。在电压型整流电路中,为使输出电压更加平滑,理论上滤波电容取值越大越好。然而实际工程上并非如此,因为电容值越大,其体积越大,成本越高,性价比反而越低,而且在电路接通瞬间,瞬时电流非常大,会破坏元器件。

  二、驱动模块设计


  驱动模块可用来驱动工作在线电压不高于600V的电路中的功率MOS门器件。

  在使用驱动模块应注意下述两点:

  1、因为驱动模块内部的三路驱动高压侧电力MOS管的输出驱动器的电源是通过自举技术来获得的,为防止自举电容两端电压放电,二极管应选用高频快恢复二极管。为防止自举电容放电造成其两端电压低于欠电压保护动作的门]槛电压值,电容的取值应充分大,当被驱动的功率MOS器件的开关频率大于5 kHz时,该电容值应不小于0.1μF。

  2、由于驱动模块内部的6个驱动器输出阻抗较低,直接应用它来驱动电力MOS管会引起被驱动的电力MOS器件的快速开通和关断,这有可能造成被驱动的电力MOS管漏源极间电压的振荡。为了避免这种现象的发生,可在被驱动的电力MOS管栅极与驱动模块的输出之间串联一个15~22Ω、功率为1/4 W的无感电阻(对电流容量较小的电力MOS管,该电阻值可增加到30~50Q ) 。


变频电源

  三、逆变模块设计


  逆变电路根据直流侧电源性质的不同可分为两种:直流侧是电压源的称为电压型逆变电路,直流侧是电流源的称为电流型逆变电路。用三个单相逆变电路就可以组合成一个三相逆变电路,其中应用程度居于首位的是三相桥式逆变电路。

  三相桥式逆变电路的基本工作方式也是180°导电方式,即每个桥臂的导电角度为180°,同一相(同一桥臂)上下两个桥臂交替导电,各相开始导电的角度依次相差120°。这样,在任一瞬间,将有三个桥臂同时导通,可能是上面一个桥臂下面两个桥臂同时导通,也可能是上面两个桥臂下面一个桥臂同时导通。

  逆变电路中采用正弦脉冲宽度调制技术来控制MOS管导通和关断,其中SPWM波由DSP芯片产生。

  四、滤波模块设计


  SPWM逆变电路由于其固有的特性,输出波形中含有大量的谐波,在接入负载前必须进行滤波。根据消谐控制的特点,简单的二阶LC低通滤波器就能满足要求。因为电容器对直流相当于是开路的,而对交流阻抗小,所以电容器应该并联在负载两端。电感对直流阻抗小,而对交流阻抗大,所以电感应与负载串联。

  为了使滤波器输出电压接近正弦波,同时又不会引起谐振,LC滤波器的截止频率必须要远小于SPWM电压中所含有的至低次谐波频率,同时又要远大于调制波频率。

  LC滤波器的谐振频率是由L和C的乘积所决定的。在选择滤波器的参数时,一般先根据滤波器衰减特性选择滤波器的类型,如巴特沃斯型滤波器、切比雪夫型滤波器或贝塞尔型滤波器。

  以上就是变频电源硬件模块设计原理的相关内容介绍。上述内容介绍的只是变频电源硬件设计知识的一部分而已。在电力方面,变频电源有着广泛的应用,其自身也在不断发展进步,上文讲述的硬件设计方法是一种参考思路,大家可以根据实际需求进行调整,只要做好这四点,变频电源的硬件质量就没问题了。常州市卡宴电子科技有限公司是变频电源厂家,生产各类变频电源,采用先进电子生产技术,产品质量优异,性能强悍,欢迎有需要的客户致电咨询。

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