基于DSP的60 kW/300 kHz高频感应加热电源

介绍了一种基于DSP的高频感应加热电源。现以MOSFET为开关器件,并通过逆变器并联扩容为60kW/300kHz。采用多重斩波技术,增大了斩波电路的容量,将基于DSP的fuzzy-DPLL复合数字锁相环技术应用在高频场合,使锁相有快速的动态性能和高精度的稳态性能,实现了对负载频率的可靠跟踪及对逆变状态的可靠控制,提高了逆变器的工作效率和功率因数。     

SiC MOSFET高频感应加热电源系统研究

采用新型功率开关器件SiC金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET),利用多器件并联和多逆变桥并联的扩容方式完成了800 kHz/150 kW高频大功率感应加热电源的系统研制。设计了易实现且实用性较强的SiC MOSFET驱动电路,提出带延时补偿调整的锁相控制策略,并对直流过流检测保护电路和失锁检测保护电路进行了设计。试验结果表明了所设计的感应加热电源能够实现安全可靠运行。     

SIC MOSFET在感应加热电源中的应用

目前,感应加热电源技术主要朝着大功率、高频率和智能化控制技术的方向发展。然而,随着逆变开关频率的提高,功率器件的开关损耗随之增加。具有高临界雪崩击穿电场强度、高热导率、小介电常数等突出优点的宽禁带半导体材料SiC MOSFET的应用为这一问题的解决提供了理想的方案。本文详细研究了感应加热电源逆变器的设计、SiC MOSFET器件的驱动电路以及电源的功率扩展等问题;开发出了频率超过800 kHz,单逆变桥功率超过50k W的新型感应加热电源;通过并桥处理,电源单机容量可达200 kW,在一定程度上填补了将新型SiC MOSFET器件应用于感应加热领域的空白。     

PSM功率控制大功率感应加热电源及应用

采用一种脉冲均匀密度调制（Pulse Symmetrical Modulation,简称PSM）功率控制逆变器和2SD315A集成驱动电路,设计出感应加热电源,该电源已用于汽车配件热处理.逆变器采用全桥串联谐振式逆变电路,具有逆变和功率调节两个功能.逆变器的开关管按照PSM的控制策略实现了功率控制.逆变器自动跟踪负载谐振频率,控制开关管在零电压开通和零电流关断,实现ZCS和ZVS软开关,大大减小了开关器件的功率损耗,逆变器的输出功率因数接近1,提高了整机的效率.     

倍频式功率合成大功率感应加热电源的研究

以400 kHz/350 kW感应加热电源为研究对象,选择适合该电源的串联型逆变器,采用功率器件IGBT并联倍频分时控制策略,通过控制不同周期段各自的IGBT组来提高系统的频率和器件的利用率。基于器件串并联扩容技术会带来电压、电流分配不均的问题,采用了变压器初级并联、次级串联的功率合成方法,通过提高变压器次级电压来间接提高电源容量,由于变比一致,变压器初级电流实现了强制均流,在一定程度上放宽了对逆变器一致性的要求。     

串联逆变式高频感应加热电源

对近年来固态高频感应加热电源的研究动态做了简要的概述，分析对比了当前两种主要的高频逆变方案，特别对串联逆变器做了详细的讨论。以功率ＭＯＳＦＥＴ为功率开关元件，采用多管关联的方法研制成１０ｋＷ、１２５ｋＨｚ试验样机一台，并对降低开关损耗、多管并联驱动、功率调节等问题做了研究和试验。     

大功率软斩波功率调节并联谐振感应加热电源

简述了一种采用全控型器件研制的大功率并联负载谐振式感应加热电源。该电源既采用了新型有源无损软开关Buck电路作为直流斩波功率调节环节,又采用了定角锁相环的逆变器控制方案,实现了并联负载谐振逆变器的ZVS。使其主电路中所有的全控型器件全面软开关化,降低了功率器件的开关损耗,提高了高整机效率;改善了EMI整个电路的EMC性能;实现了逆变电路小容性状态的保持。输出功率因数接近于1。     

新型Buck-Boost变换器在感应加热电源中的应用

针对传统感应加热电源中直流斩波环节开关损耗大、调压范围窄的缺点,提出一种新型的Buck-Boost软斩波电路,通过增加辅助开关管和谐振元件实现了主开关、辅助开关和主续流二极管的软开通和软关断。这里以180 kHz高频感应加热电源为研究对象,逆变侧采用基于IGBT倍频的单相桥式逆变电路,使输出频率为逆变器频率的两倍,逆变器输出匹配串联谐振负载。此处详细分析了新拓扑结构的工作过程,并通过实验证明了分析和设计的正确性和可行性。     

LLC负载电压型谐振逆变器并联的阻抗分析

逆变电源容量的提高常采用多管并联或负载侧高频变压器并联的方式来实现,而负载采用电感电容串并联(LLC负载)形式的多个电压型谐振逆变器的并联,可以有效提高电源输出功率。针对LLC负载多个电压型谐振逆变器并联电路,对其进行稳态阻抗分析,通过仿真分析给出最大输出功率时的最佳匹配电感比与并联逆变器个数比例(β/N比),并通过实验进行了验证。结果表明,所提方法对提高和调节电源容量、简化功率调节过程,提供有效的设计参考价值。     

PSM高频逆变电源在金属针布热处理中的应用

根据金属针布热处理工艺的要求,采用脉冲均匀密度调制(Pulse-SymmetricalModulated,PSM)功率控制串联谐振式DC/AC逆变器,设计了100kHz/5kW金属针布高频感应热处理电源。逆变器采用全桥串联谐振式电路,具有变频和功率调节两个功能。逆变器的开关管按照PSM的控制策略实现功率控制;逆变器跟踪负载谐振频率,控制开关管在零电流下开通和关断,实现零电流和零电压软开关。将本文设计的金属针布高频感应热处理电源应用于实际系统,改变了传统的热处理工艺,具有节能、加热温度均匀等优点。     

Novel current‐source multilevel inverter driven by single gate drive power supply

This paper proposes a novel current‐source multilevel inverter, which is based on a current‐source half‐bridge topology. Multilevel inverters are effective for reducing harmonic distortion in the output voltage and the output current. However, the multilevel inverters require many gate drive power supplies to drive switching devices. The gate drive circuits using a bootstrap circuit and a pulse transformer can reduce the number of the gate drive power supplies, but the pulse width of the output PWM waveform is limited. Furthermore, high‐speed power switching devices are indispensable to create a high‐frequency power converter, but various problems, such as high‐frequency noise, arise due to the high dv/dt rate, especially in high‐side switching devices. The proposed current‐source multilevel inverter is composed of a common emitter topology for all switching devices. Therefore, it is possible to operate it with a single power supply for the gate drive circuit, which allows stabilizing the potential level of all the drive circuits. In this paper, the effectiveness of the proposed circuit is verified through experimental results. © 2008 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 166(2): 88–95, 2009; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20475     

A 7.5 kW ultrasonic inverter motor drive employing MOS-controlledthyristors

The design and performance of an inverter induction motor drive that employs an ultrasonic switching frequency to minimize audible noise is described. The MOS-controlled thyristor (MCT) is a high-speed power semiconductor with the potential for high voltage and current ratings. Distinctive features of the device are discussed relative to inverter topology, gate drive requirements, and fault protection. Since MCT devices of sufficient rating were not available, insulated-gate-bipolar-transistor (GBT) devices were used in the experimental model. MCT and IGBT devices have comparable switching times. The design of a 7.5 kW and 20 kHz inverter is discussed, including a modified pulsewidth modulation (PWM) switching algorithm conducive to microprocessor implementation. The algorithm requires reduced computational and storage requirements over previous PWM methods. Implementation of the algorithm is accomplished by a digital signal processor using the efficient C language. Experimental waveforms are presented     

基于碳化硅器件的无线充电系统电源设计

碳化硅(SiC)器件耐高频高温、散热性能好、导通电阻小,应用于无线充电系统可有效提高无线充电系统的效率。文中首先对比了SiC材料与Si材料的特性,在此基础上研制了一套基于SiC器件的无线充电系统电源装置。该装置由整流模块和逆变模块构成,输入端接市电,且装置的整流模块具有功率因数校正功能。文中详细给出了整流模块的整流桥选型策略、滤波电路参数设计方法、Boost电路功率器件和无源元件设计原则及开关管控制电路设计方法,还给出了逆变模块的开关管选型策略、开关管驱动电路和开关管保护电路的设计方法。最后,实验结果验证了方案的有效性和可行性,输入侧实现了高功率因数,逆变电路开关管电压振荡得到抑制,实验样机的效率峰值可达98.2%。     

Optimal power control strategies for neutral point clamped (NPC)inverter topology

A programmed pulsewidth modulation (PWM) technique for selectively eliminating several lower-order harmonics at the output of a neutral point clamped (NPC) inverter topology is investigated. The switching function approach is utilized to derive relevant analytical expressions for input/output variables. A thorough evaluation of the NPC inverter topology based on the switching function approach is described. Optimal power control strategies for an NPC inverter employing programmed PWM patterns are proposed. For a constant-frequency variable-voltage NPC inverter power supply, the proposed strategy is to maintain a minimum specified total harmonic distortion employing a low-output impedance filter. In the case of an NPC inverter powering an AC motor drive, the proposed strategy is to maintain a minimum specified harmonic current factor. The proposed power control strategies are achieved without substantial increase in inverter switching frequency and are therefore suitable for high-power applications employing gate-turn-off-thyristor (GTO) type devices     

GBT中频感应加热电源的研究

在分析并联型逆变器的工作状态的基础上,提出了电压、电流双闭环整流控制方法;设计了一种锁相电路与定角控制相结合的逆变器频率跟踪方法;对IGBT中频感应加热电源易产生的常见故障进行了分析,并设计了相应的保护措施和保护电路。研制了100kw／8kHz并联型中频感应加热电源,验证了所设计控制方法的正确性和有效性。     

基于ATmega128的VVVF中频电源设计

基于ATmega128单片机的智能化特点,设计了一种新型变压变频中频电源.该电源采用斩波调压和逆变调频相结合的方法实现变压变频功能,具有电压、频率独立调节的优点.与传统SPWM方式相比,利用面积中心等效法原理产生SPWM信号,输出波形具有更好的对称度,显著减小了高次谐波分量.为验证理论分析,设计了一台1kW/2kHz的实验样机.实验结果表明,该电源电压幅值和频率可实现独立调节而互不干涉,结构简单,在内圆磨床和电动工具等应用中频电源的领域具有很好的实用价值.     

大功率交直交变频器在镍板带轧机系统的应用

针对某集团公司800mm热轧机主要轧制产品为镍及镍合金板带材,要求四辊可逆轧机的主传动系统应具有过载能力强、静态和动态响应特性优良、可靠性高、便于维护等问题,提出了一种由PWM整流器和PWM逆变器一起构成四象限交流调速三电平大功率交-直-交变频传动方案.该系统采用IEGT作为功率器件;采用二极管箝位式三电平PWM整流器和逆变器;传动系统功率单元采用纯水冷却、采用大功率异步电动机.实际应用表明,该系统传动特性响应优异、效率高、节能、具有很高的可靠性.     

6 Kv/1250 Kw绕线式电机的新型串级调速装置

对风机和水泵类负载，串级调速是一种高性价比的节能调速方法。介绍了新型的6kV／1250kW绕线式电动机的软开关升压型串级调速装置，它采用IGBT软开关升压电路结合晶闸管逆变器来实现转差功率的回馈并实现电动机的连续调速。由于升压开关频率为2kHz，逆变触发角固定，使得装置具有逆变功率因数高、升压电感体积小、效率高等优点。装置结合内馈绕线式电动机构成风机、水泵类负载的调速系统，具有极高的性价比。