CN205070801U - 多模块并联移相igbt逆变软开关型整流电源 - Google Patents

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江之奎
谭兴川
郭丹
罗军
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Abstract

本实用新型公开了一种多模块并联移相IGBT逆变软开关型整流电源，包括若干并联连接的IGBT逆变功率单元；IGBT逆变功率单元包括依次并联连接的第一整流电路、第一滤波电路、IGBT逆变软开关、高频开关整流变压器T、第二整流电路、第二滤波电路和第二二极管D2，与IGBT逆变软开关连接的IGBT驱动器，与IGBT驱动器的输入端连接的FPGA控制器，以及与FPGA控制器的输入端连接的DSP控制器。本申请通过将多个IGBT逆变功率单元并联连接，使输出的整流脉波数的成倍提高，可大幅度减小直流输出滤波电抗器的体积和重量，显著提高IGBT逆变软开关电源系统的快速响应时间和电源的稳定控制精度。

Description

多模块并联移相IGBT逆变软开关型整流电源
技术领域
本实用新型涉及军用飞机发动机启动的IGBT开关整流电源领域，尤其涉及一种多模块并联移相IGBT逆变软开关型整流电源。
背景技术
为了提高大功率IGBT开关整流电源系统的控制响应速度以及军用飞机发动机整流电源对直流电源输出波形平滑(纹波系数小)的要求，在大电流、低电压、大功率(100KW量级以上)的IGBT开关整流电源的工业产品设计中，设计人员希望通过提高IGBT开关工作频率和减小直流输出的滤波电抗器的方法来满足军用飞机发动机对整流电源纹波的品质要求。但功率IGBT器件的开关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以上量级的大功率IGBT高频逆变软开关整流电源来说，采用提高IGBT开关工作频率的方式已经无法满足大功率IGBT逆变开关整流电源工程项目对控制响应速度和电源纹波品质的要求。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种多模块并联移相IGBT逆变软开关型整流电源，以解决现有IGBT逆变软开关型整流电源无法满足大功率IGBT逆变开关整流电源工程项目对控制响应速度和电源纹波品质的要求的问题。
为解决上述技术问题，本实用新型提供一种多模块并联移相IGBT逆变软开关型整流电源，包括若干并联连接的IGBT逆变功率单元，IGBT逆变功率单元包括依次并联连接的第一整流电路、第一滤波电路、IGBT逆变软开关、高频开关整流变压器T、第二整流电路、第二滤波电路和第二二极管D2，与IGBT逆变软开关连接的IGBT驱动器，与IGBT驱动器的输入端连接的FPGA控制器，以及与FPGA控制器的输入端连接的DSP控制器。其中，第一整流器与交流输入电源连接；IGBT逆变软开关与高频开关整流变压器T之间串联有谐振电路；第二二极管D2的阴极与第二滤波器之间串联有第一二极管D1，第一二极管D1的阳极与第二滤波器连接；第二二极管D2的阳极与第二滤波器之间串联有电流传感器。并且，上述整流电源还包括依次并联连接在第二二极管D2两端的电压传感器和飞机发动机。
进一步地，第一整流电路为三相桥式硅二极管整流电路；第二整流电路为单相全波整流电路。
进一步地，第一滤波电路和第二滤波电路均为LC滤波电路。
进一步地，谐振电路为LC串联谐振电路。
本实用新型的有益效果为：
1、本申请通过将多个IGBT逆变功率单元(设为N个)并联连接，并联后输出的整流脉波数是单个IGBT逆变功率单元输出脉波数的N倍。由于输出的整流脉波数的成倍提高，可大幅度减小直流输出滤波电抗器的体积和重量，显著提高IGBT逆变软开关电源系统的快速响应时间和电源的稳定控制精度。
2、本申请中的IGBT逆变功率单元并连接，其中任何一个IGBT逆变功率单元发生故障，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逆变功率单元模块标准化，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。
4、本技术不仅可应用于军用飞机发动机启动的IGBT开关整流电源领域，还可应用于大功率电镀、冶金化工的电解、直流电加热、等离子体直流加热等所需的高品质直流整流电源等领域。
附图说明
图1为本实用新型为两个IGBT逆变功率单元并联移相IGBT逆变软开关型整流电源的一个实施例的结构示意图；
图2两个IGBT逆变功率单元并联移相IGBT逆变软开关型整流电源的IGBT驱动脉冲波形时序图。
具体实施方式
下面对本实用新型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实用新型，但应该清楚，本实用新型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实用新型的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本实用新型构思的发明创造均在保护之列。
如图1所示的多模块并联移相IGBT逆变软开关型整流电源，包括若干并联连接的IGBT逆变功率单元，IGBT逆变功率单元包括依次并联连接的第一整流电路、第一滤波电路、IGBT逆变软开关、高频开关整流变压器T、第二整流电路、第二滤波电路和第二二极管D2，与IGBT逆变软开关连接的IGBT驱动器，与IGBT驱动器的输入端连接的FPGA控制器，以及与FPGA控制器的输入端连接的DSP控制器。其中，第一整流器与交流输入电源连接；IGBT逆变软开关与高频开关整流变压器T之间串联有谐振电路；第二二极管D2的阴极与第二滤波器之间串联有第一二极管D1，第一二极管D1的阳极与第二滤波器连接；第二二极管D2的阳极与第二滤波器之间串联有电流传感器。此外，上述整流电源还包括并联连接在第二二极管D2两端的电压传感器，以及并联连接在电压传感器两端的飞机发动机。
工作过程中，DSP控制器中的A/D模数转换器用于采集整流电源输出的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。FPGA控制器将接收到的PWM脉冲控制信号转换成按照360°/N电角度相移输出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IGBT逆变软开关的开通和关断。
根据本申请的一个实施例，第一整流电路为三相桥式硅二极管整流电路；第二整流电路为单相全波整流电路。
根据本申请的一个实施例，第一滤波电路包括由第一电感L1和第一电容C1组成的LC滤波电路；第二滤波电路包括由第三电感L3和第三电容C3组成的LC滤波电路。
根据本申请的一个实施例，谐振电路为由第二电感L2和第二电容C2组成的LC串联谐振电路。
以两个IGBT逆变功率单元并联为例，本申请的工作原理为：每个IGBT逆变软开关的PWM控制驱动脉冲依次相360°/2＝移180°电角度，整个整流电源就可实现输出2倍频每个IGBT逆变软开关的脉波数。假定每个GBT逆变软开关的PWM控制驱动脉冲的频率为20KHZ，那么整个整流电源的输出脉波数为2*2*20KHz＝80KHz。同理，如果整流电源采用N个IGBT逆变功率单元并联，每个IGBT逆变软开关的PWM控制驱动脉冲依次相移(360°/N)电角度，整个整流电源就可实现输出N倍每个IGBT逆变功率单元的输出脉波数。我们假定每个H桥IGBT的PWM控制驱动脉冲的频率为20KHZ，那么整个整流电源的输出脉波数为2*N*20KHz＝40*N(KHz)。
本申请通过将多个IGBT逆变功率单元(设为N个)并联连接，并联后输出的整流脉波数是单个IGBT逆变功率单元输出脉波数的N倍。由于输出的整流脉波数的成倍提高，其与现有技术相比，具有以下优点：1、可显著提高IGBT逆变软开关电源系统的快速响应时间和电源的稳定控制精度；2、电源单位体积下的功率密度将得到大幅度提高；3、电源的直流纹波品质将极大提高，可更好的满足军用飞机发动机启动对电源的纹波要求；4、所需直流输出滤波电抗器的体积将显著减小，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。
并且，本申请中的IGBT逆变功率单元并联连接连接，其中任何一个IGBT逆变功率单元发生故障，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。
此外，本电源系统采用模块化工艺设计制造技术，可对IGBT逆变功率单元模块标准化，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以上量级的大功率IGBT逆变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，具有极其强大的生命力，
同时具有极高的经济效益和社会效益。
其中，传统IGBT逆变开关整流电源与本申请的对比如下：

Claims (4)

1.一种多模块并联移相IGBT逆变软开关型整流电源，包括飞机发动机，其特征在于，所述整流电源还包括若干并联连接的IGBT逆变功率单元；所述IGBT逆变功率单元包括依次并联连接的第一整流电路、第一滤波电路、IGBT逆变软开关、高频开关整流变压器T、第二整流电路、第二滤波电路和第二二极管D2；与所述IGBT逆变软开关连接的IGBT驱动器，与所述IGBT驱动器的输入端连接的FPGA控制器，以及与所述FPGA控制器的输入端连接的DSP控制器；所述第二二极管D2的两端并联有电流传感器，所述飞机发动机与所述电流传感器并联连接；所述第一整流器与交流输入电源连接；所述IGBT逆变软开关与所述高频开关整流变压器T之间串联有谐振电路；所述第二二极管D2的阴极与所述第二滤波器之间串联有第一二极管D1，所述第一二极管D1的阳极与所述第二滤波器连接；所述第二二极管D2的阳极与所述第二滤波器之间串联有电流传感器。
2.根据权利要求1所述的多模块并联移相IGBT逆变软开关型整流电源，其特征在于，所述第一整流电路为三相桥式硅二极管整流电路；所述第二整流电路为单相全波整流电路。
3.根据权利要求1所述的多模块并联移相IGBT逆变软开关型整流电源，其特征在于，所述第一滤波电路和第二滤波电路均为LC滤波电路。
4.根据权利要求1所述的多模块并联移相IGBT逆变软开关型整流电源，其特征在于，所述谐振电路为LC串联谐振电路。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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