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380V交流输入多路输出开关电源

导读: 380 V AC 输入、多路输出辅助开关电源。使用了一只常见的美国PI公司第二代功率开关集成电路TOP224Y.这是一种大规模功率IC, 不仅集成了振荡电路、启动电路、PWM 控制电路、过流保护电路、过热保护电路...

  随着电力电子器件和高频逆变的高速发展, 各种采用大功率逆变技术的电源变换装置被大量应用于各种行业, 如变频器、电镀、电弧炉、UPS、电气化机车、通信电源、电焊机等, 而IGBT 由于其集双极型功率晶体管和功率MOSFET 的优点于一体的相对优异的综合电性能指标, 在上述电源变换装置中被广泛使用。

  为了最大限度发挥IGBT 的优越性, 各生产厂家相继研制出各种驱动和保护电路并推向市场, 如三菱公司的M57959 /57962、富士电机的EXB840/841、东芝公司的TLP250、惠普公司的HCLP- 316J、西门康的SKH I22A /B 等, 其中由于M57959 /57962具备较高的性价比, 因而在各种大功率IGBT 电源变换装置中得到了广泛应用。

  每个M57959 /57962 需要正负两种辅助电源,并且由于大功率IGBT栅极- 发射极间存在较大的寄生电容, 在驱动脉冲的上升和下降沿均需要提供数安的充放电电流, 才能满足开通和关断的动态要求, 这使得正负两种辅助电源必须能输出一定的峰值电流。一般情况下, 大功率IGBT 电源变换装置多采用全桥电路拓扑, 因此需要8 路共4对相同的正负两种辅助电源。在大多数实际应用场合, 采用的是传统的变压器降压加线性稳压或传统的变压器降压加一个或多个普通开关稳压器的供电方式, 不仅体积、重量大, 而且效率低, 对输入电压适应范围窄, 不能满足现在对电源变换装置体积、效率和适应性方面的要求。如果采用单个同时产生该8路共4 对相同的正负两种辅助电源, 则可以弥补这些不足。

  辅助开关电源输出平均功率约30W, 为简化电路、缩小体积、提高可靠性, 单端反激变换器为最佳选择。但在实际情况下, 有些大功率IGBT 电源变换装置的输入是没有中线的三相三线制电源(如电焊机), 这就要求辅助开关电源能在380 V AC 输入条件下工作(最高可达460 V AC ) , 此时开关管的耐压要求应在1 200 V 以上, 给器件的选择带来难度。

  笔者在设计一套26. 4 kW 的大功率IGBT 电源变换装置时, 针对厚膜M57962的需求, 研制了一种小体积、高可靠的380 V AC 输入、多路输出小功率辅助开关电源。

  2 电路结构及工作原理

  380 V AC 输入、多路输出辅助开关电源电原理图如图1所示。在图1中, 使用了一只常见的美国PI公司第二代功率开关TOP224Y.这是一种大规模功率IC, 不仅集成了振荡电路、启动电路、PWM 控制电路、过流保护电路、过热保护电路,而且集成了一只700 V 的功率MOSFET.该功率IC与使用一只分立MOSFET 和外接控制集成电路的方案相比, 可以减少约20个外围元件。由于内含MOSFET 的额定电压是700 V, 只能用于单相220 VAC输入, 因此再串联一个额定电压不低于600 V的功率MOSFET ( 1V104) , 内外两只功率MOSFET 耐压之和超过1 300 V, 便可以将1 200 V 以上的电压分配在这两个器件上, 使该电源能安全应用于380V AC 输入的高压场合。

图1 380 V AC 输入、多路输出辅助开关电源电原理图

  如图1所示, 辅助开关电源共有A、B、C、D 4对不共地的+ 15 V、- 9 V 输出, 由于该电源的平均输出功率比较恒定, 且4对输出指标要求完全相同, 因此采用了初级反馈的稳压方式。精密基准TL431( 1N102)的应用, 使该多路输出电源的输出电压具备极高的稳定度指标。