CN105048835A - 一种燃煤点火用igbt倍频移相斩波型等离子电源 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种燃煤点火用IGBT倍频移相斩波型等离子电源，其中，IGBT倍频移相斩波整流电源包括一变压器和一滤波阻抗器；变压器的输出端与滤波阻抗器的输入端之间设有至少两个并联连接的IGBT斩波功率单元；IGBT斩波功率单元包括与变压器的输出端连接的三相整流桥，与三相整流桥连接的LC滤波电路，以及连接在LC滤波电路和滤波阻抗器之间的IGBT开关；IGBT开关连接有一驱动器，驱动器的输入端连接至一电源控制单元；电源控制单元包括PWM信号发生器和PWM信号移相器。本申请可实现多个并联IGBT斩波功率单元之间的倍频移相斩波控制，提高了斩波整流器直流输出的开关频率。
Description
技术领域
本发明涉及一种燃煤点火用IGBT倍频移相斩波型等离子电源。
背景技术
为了提高大功率IGBT开关整流电源设备的系统控制响应速度以及燃煤点火等离子直流输出波形更加平滑(纹波系数更小)的要求，在大功率(100KW量级以上)IGBT开关整流电源的工业产品设计中，设计人员常常希望提高IGBT开关工作的频率，使其设备控制精度更高，响应速度更快，整机更加小型化(体积和重量随频率的增加而大幅度减小)。但功率IGBT器件的工作频率是有一定的工作频率范围的，小功率IGBT(如富士、三菱、西门康、英飞凌30A-200A,电压1700V-2400V)的开关工作频率一般为20KHZ-30KHZ，大功率IGBT(如富士、三菱、西门康、英飞凌300A—800A，电压1700V-2400V)的开关工作频率一般为1KHZ-20KHZ，而且随着IGBT功率器件工作电压和工作电流的提高，IGBT开关工作频率也随之大幅度降低。因此对于100KW-5000KW量级的大功率IGBT开关斩波型电源来说，，单只IGBT开关工作频率已经无法满足大功率IGBT斩波电源工程项目对控制精度、响应速度和电源纹波品质的要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种燃煤点火用IGBT倍频移相斩波型等离子电源，解决了大功率IGBT斩波整流器开关频率过低的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种燃煤点火用IGBT倍频移相斩波型等离子电源，包括一变压器T和一滤波阻抗器Z；变压器T的输出端与滤波阻抗器Z的输入端之间设有至少两个并联连接的IGBT斩波功率单元；
IGBT斩波功率单元包括与变压器的输出端连接的三相整流桥UR，与三相整流桥UR连接的LC滤波电路，以及连接在LC滤波电路和滤波阻抗器Z之间的IGBT开关K；IGBT开关K连接有一驱动器，驱动器的输入端连接至一电源控制单元；
电源控制单元包括一用于产生PWM脉冲控制信号的PWM信号发生器，以及用于将PWM脉冲控制信号进行移相产生多路PWM脉冲移相信号的PWM信号移相器。
进一步地，PWM信号发生器采用的是DSP控制器。
进一步地，PWM信号移相器采用的是FPGA控制器。
进一步地，DSP控制器包括A/D转换模块，用于将采集到的电流信号和直流电压信号转为数字信号，并将数字信号缓存于寄存器中，
数字滤波模块，用于对数字信号进行滤波处理，并获取滤波后的数字信号的平均值；
PWM波形模块，用于产生PWM信号；
PWM比较模块，用于将PWM信号与平均值进行PID计算得到PWM脉冲控制信号。
本发明的有益效果为：
1、通过本申请可实现多个并联IGBT斩波功率单元之间的倍频移相斩波控制，提高了斩波整流器直流输出的开关频率，由于直流输出开关频率的成倍提高，可极大降低直流输出滤波电抗器的体积和重量，可大幅度提高直流电源输出纹波的品质和稳定精度。
2、本IGBT倍频移相斩波整流电源由若干个并联IGBT斩波功率单元组成，其中任何一个斩波功率单元发生故障，不会影响其他单元模块的正常工作，不至于因为一个单元故障而停机，极大的提高了电源系统的可靠性和安全性。
3、本电源系统采用模块化工艺设计制造技术，可对IGBT功率斩波单元模块标准化，生产制造将更加容易，质量更能得到有效的控制，技术服务将更加简单、快捷。
附图说明
图1为本发明最佳实施例的结构示意图；
图2为本发明最佳实施例的电源控制单元的结构示意图；
图3为IGBT两倍频移相斩波整流电源的输出脉冲波形图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
如图1所示的燃煤点火用IGBT倍频移相斩波型等离子电源，包括一变压器T和一滤波阻抗器Z；变压器T的输出端与滤波阻抗器Z的输入端之间设有至少两个并联连接的IGBT斩波功率单元。
上述IGBT斩波功率单元包括与变压器T的输出端连接的三相整流桥UR，与三相整流桥UR连接的LC滤波电路，以及连接在LC滤波电路和滤波阻抗器Z之间的IGBT开关K；IGBT开关K连接有一驱动器，驱动器的输入端连接至一电源控制单元。如图2所示，电源控制单元包括一用于产生PWM脉冲控制信号的PWM信号发生器，以及用于将PWM脉冲控制信号进行移相产生多路PWM脉冲移相信号的PWM信号移相器。
其中PWM信号发生器采用的是DSP控制器；PWM信号移相器采用的是FPGA控制器。利用DSP控制器中的A/D模数转换器采集直流电流信号和直流电压信号，并将采集到的直流电流信号和直流电压信号进行缓存，供PID运算和系统保护使用。DSP控制器对采集到的电流信号进行数字滤波处理，去掉最大值和最小值，取其平均值作为电流反馈与预先设定的电流值进行PID运算，将运算结果通过PWM端口产生PWM脉冲控制信号传送至FPGA控制器。PWM信号移相器采用的是F28335，将接收到的PWM脉冲控制信号通过FPGA输出PWM1、PWM2…PWMn的多路PWM脉冲移相信号。所产生的多路PWM脉冲控制信号分别送入各自驱动器进行功率放大后驱动控制功率IGBT开关的开通和关断。
每个IGBT倍频移相斩波整流电源包括多个并联连接的IGBT斩波功率单元，每个IGBT的PWM控制触发脉冲依次相移(360/N)电角度，斩波整流器就可实现输出N倍每个IGBT斩波功率单元的工作开关频率。假定每个IGBT的PWM控制触发脉冲的频率为15KHZ,那么斩波整流器的输出频率为N*15KHz＝15N(KHz)。
如图3所示，若采用两个IGBT斩波功率单元并联时，每个IGBT的PWM控制触发脉冲依次相移180°电角度，斩波器就可实现输出2倍频每个IGBT的工作开关频率。我们假定每个IGBT的PWM控制触发脉冲的频率为15KHZ,那么斩波器的输出频率f2为2x15KHz＝30KHz。
并且，一套大功率斩波型IGBT开关整流电源可由多个IGBT斩波功率单元组成，这样每个IGBT斩波功率单元中的IGBT元件依照设计选型规则可选用较小电流的IGBT来实现模块单元的斩波，由于小功率IGBT元件的开关工作频率相对较高，因此在电路中的斩波工作频率就可以得到大幅度的提高。同时由于并联的每个功率模块之间的IGBT斩波驱动脉冲控制信号(PWM)采用移相控制，所以N个斩波功率单元模块并联后输出的斩波频率为每个斩波功率单元电路输出频率的N倍。由于电路工作频率提高，斩波开关电源系统的快速响应时间和电源的稳定控制精度和IGBT斩波开关电源的单位体积下的功率密度，电源输出的直流纹波品质将大大提高，所需直流输出滤波电抗器的体积也将显著减小，从而可大幅度减小电源整机的体积和重量，降低产品的设计制造成本。
此外，本IGBT倍频移相斩波整流电源由若干个并联IGBT斩波功率单元组成，其中任何一个斩波功率单元发生故障，不会影响其他单元模块的正常工作，不至于因为一个单元故障而停机，极大的提高了电源系统的可靠性和安全性。
本电源系统采用模块化工艺设计制造技术，可对IGBT功率斩波单元模块标准化，生产制造将更加容易，质量更能得到有效的控制，技术服务将更加简单、快捷。
实践证明该项发明技术，在100KW量级以上的大功率IGBT斩波型开关整流电源的设计、生产制造、质量控制和制造成本、服务成本方面均具有十分良好效果。市场需求量大，很容易实现量产和标准化生产，具有强劲的生命力，同时具有极高的经济效益和社会效益。比较结果如下：
Claims (4)
1.一种燃煤点火用IGBT倍频移相斩波型等离子电源，其特征在于，包括一变压器T和一滤波阻抗器Z；所述变压器T的输出端与滤波阻抗器Z的输入端之间设有至少两个并联连接的IGBT斩波功率单元；
所述IGBT斩波功率单元包括与所述变压器的输出端连接的三相整流桥UR，与所述三相整流桥UR连接的LC滤波电路，以及连接在所述LC滤波电路和所述滤波阻抗器Z之间的IGBT开关K；所述IGBT开关K连接有一驱动器，所述驱动器的输入端连接至一电源控制单元；
所述电源控制单元包括一用于产生PWM脉冲控制信号的PWM信号发生器，以及用于将所述PWM脉冲控制信号进行移相产生多路PWM脉冲移相信号的PWM信号移相器。
2.根据权利要求1所述的离子电源，其特征在于，所述PWM信号发生器采用的是DSP控制器。
3.根据权利要求1所述的离子电源，其特征在于，所述PWM信号移相器采用的是FPGA控制器。
4.根据权利要求2所述的离子电源，其特征在于，所述DSP控制器包括
A/D转换模块，用于将采集到的电流信号和直流电压信号转为数字信号，并将所述数字信号缓存于寄存器中，
数字滤波模块，用于对所述数字信号进行滤波处理，并获取滤波后的数字信号的平均值；
PWM波形模块，用于产生PWM信号；
PWM比较模块，用于将所述PWM信号与所述平均值进行PID计算得到PWM脉冲控制信号。
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