一种燃煤点火用igbt倍频移相斩波型等离子电源的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型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】
[0002] 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 子电源直流输出波形更加平滑（纹波系数更小）的要求，在大功率（l〇〇kW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-一20kHz，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。 【实用新型内容】
[0003] 本实用新型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。
[0004] 为解决上述技术问题，本实用新型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；
[0005]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；
[0006] 电源控制单元包括一用于产生PWM信号的PWM信号发生器，以及用于将PWM信号 进行移相产生多路PWM信号的PWM信号移相器。
[0007] 进一步地，PWM信号发生器采用的是DSP控制器。
[0008] 进一步地，PWM信号移相器采用的是FPGA控制器。
[0009] 本实用新型的有益效果为：
[0010] 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。 [0011] 2、本燃煤点火用IGBT倍频移相斩波型等离子电源由若干个并联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。
[0012] 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】
[0013] 图1为本实用新型最佳实施例的结构示意图；
[0014] 图2为本实用新型最佳实施例的电源控制单元的结构示意图；
[0015] 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】
[0016] 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。
[0017] 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。
[0018] 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信号的PWM信号发生器，以及用于将PWM信号进行移相产生多 路PWM信号的PWM信号移相器。
[0019] 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。DSP将采集到的直流电流信号进行滤波处理和PID运算，并将运算结果通过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。
[0020] 每个燃煤点火用IGBT倍频移相斩波型等离子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。我们假定每个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)。
[0021 ] 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15Hz，那么斩波器的输出频率f2为2x15kHz= 30kHz〇
[0022] 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，显著提高了IGBT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，而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。
[0023] 此外，本燃煤点火用IGBT倍频移相斩波型等离子电源由若干个并联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。
[0024] 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。
[0025] 实践证明该项实用新型技术，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：
【主权项】
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T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信号的PWM信号发生器，以及用于将所述PWM 信号进行移相产生多路PWM信号的PWM信号移相器。2. 根据权利要求1所述的燃煤点火用IGBT倍频移相斩波型等离子电源，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所述的燃煤点火用IGBT倍频移相斩波型等离子电源，其特征在于， 所述PWM信号移相器采用的是FPGA控制器。
【专利摘要】本实用新型公开了一种燃煤点火用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；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。
【IPC分类】H02M7/217
【公开号】CN204967646
【申请号】CN201520657690
【发明人】江之奎, 谭兴川, 郭丹, 罗军
【申请人】成都通用整流电器研究所
【公开日】2016年1月13日
【申请日】2015年8月28日