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【工程师6】+实践类+IGBT大功率变流器设计
阅读: 420 |  回复: 6 楼层直达

2019/10/29 09:06:37
1
世界真奇妙[实习版主]
电源币:229 | 积分:25 主题帖:17 | 回复帖:585
LV8
师长

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直流输电、SVG无功补偿、高压大功率变频器、风电、光伏、电动汽车......绝大部分的大功率变流器广泛采用IGBT,IGBT在大功率电力电子设备中的重要地位不言而喻。

本帖通过实例详细讲解IGBT大功率变流器设计技术。IGBT大功率变流器设计技术涉及多项技术,本文只介绍功率单元(功率模块)的硬件设计。

标签 IGBT
2019/10/29 09:10:02
2
电源网-fqd
电源币:5059 | 积分:15078 主题帖:503 | 回复帖:5094
LV11
统帅
2019/10/29 10:29:32
3
世界真奇妙[实习版主]
电源币:229 | 积分:25 主题帖:17 | 回复帖:585
LV8
师长

首先,介绍西门子旗下罗宾康公司的产品,高压大功率变频器的功率单元,罗宾康公司原是美国的公司,后被西门子收购。高压大功率变频器是驱动高压大功率电机的调速系统,变流器由多个功率单元串联组成。

我们来看一些图片:

下图,图一,功率单元外观

      上图就是罗宾康的功率单元,上部是电解电容箱,电容箱的右侧是控制板。下部是功率电路,左边是散热器,前进风,右边是功率器件。AC690V三相输入,由4IGBT组成全桥逆变,单相输出。图中中间三根电缆是输入上下两边的电缆是输出。

      图二,功率器件1

图三,功率器件2

 靠近熔断器的模块是IGBT,靠近散热器尾部的模块是三相整流桥。

图四,控制板

整个功率单元就一块PCB,左边是4IGBT的驱动保护电路,中下是开关电源,右边是信号处理。我重点介绍IGBT的驱动保护电路。


2019/10/29 20:35:55
4
世界真奇妙[实习版主]
电源币:229 | 积分:25 主题帖:17 | 回复帖:585
LV8
师长

图五:驱动电路照片


图六:驱动电路原理图




2019/10/30 11:14:24
5
ymyangyong[版主]
电源币:2061 | 积分:475 主题帖:4 | 回复帖:6224
LV12
元帅

帮顶!请继续

2019/11/02 10:25:38
6
世界真奇妙[实习版主]
电源币:229 | 积分:25 主题帖:17 | 回复帖:585
LV8
师长

上一帖“图六:驱动电路原理图”是我根据实物测绘的

下面的“图七:驱动电路原理图(罗宾康)”是罗宾康提供的技术文件中的原理图

我所得到的罗宾康功率单元实物是比较早期的产品,所以两个原理图略有差异。

图七:驱动电路原理图(罗宾康)


图八:开关电源原理图




IGBT的驱动电路的设计有几个要点:

1、驱动电路的供电电压

“图八:开关电源原理图”上可以看到,有428V输出,这是给4IGBT驱动的供电。必须将单一的28V分为正负,“图六:驱动电路原理图”中由R51ZD1(稳压管)进行分压。IGBT导通的最佳驱动电压是+15V,最大允许1.5V上下波动。驱动电路使用的ICPC929,这是一个极为常用的IC,这里就不作详细介绍。PC929的驱动能力只有0.4A,肯定是不够的,必须扩容。这样,供电电压与驱动输出电压就有2V的压差,分压值应该为+17V-11V

2、驱动电路的短路保护

PC9299脚是检测IGBT是否短路的,该脚是很灵敏的,极易受干扰,所以,用R83R64C17D23R49C6(图七)组成了滤波电路。同时这些阻容(加上R63)的参数也决定了盲区时间。

3、驱动故障回报的光耦选型

驱动故障回报的光耦选型必须选用高抗共模干扰的光耦,如图七中的(PS5TLP421,可替代型号有TLP781PS2501。这类光耦的输入/输出的电容都很小。

 





2019/11/06 11:50:27
7
世界真奇妙[实习版主]
电源币:229 | 积分:25 主题帖:17 | 回复帖:585
LV8
师长

再来看看我的IGBT驱动保护电路设计

图九:使用HCPL-316J的原理图



图十:开关电源原理图(我的设计)


图十一:使用HCPL-316J的控制板



1、四路IGBT驱动电路在PCB板的中上部,由于使用的HCPL-316J的功能很全,比PC929使用的元件少,所以,占用的PCB板面积很小。

2、给四路驱动电路供电的开关电源的主电路在PCB板的中下部,变压器在两路驱动电路(同一桥臂的IGBT)的之间,从“图十:开关电源原理图(我的设计)”中可以看到,这个开关电源由24V供电,用了两个变压器(卧式EE19),初级并联,每个变压器给两路驱动电路提供隔离供电。实际设计中,还有多个变压器的初级并联,提供了多路隔离供电。

3、“图九”中的C719C720R712组成防干扰滤波电路。

 


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