大功率DC電源(05-100)

　　電流饋電轉換器特性

　　電流饋電轉換器是電壓饋電轉換器的電對偶。如圖2所示，電流饋電轉換器由H橋、IGBT Q1~Q4、電源變壓器T1和輸出整流器二極管D5~D8組成。必須用另外功率電子電路產(chǎn)生輸入電流源。

　　通常的做法是需要電感器L1以保證在較高頻率有高抗阻總線(xiàn)。電流饋電轉換器不像電壓饋電轉換器，其輸出濾波器由單個(gè)元件(電容器C1)組成。

　　電流饋電轉換器工作的電壓和電流波形與電壓饋電轉換器工作模式互換。工作要求IGBT Q1~Q4為PWM工作，但在工作時(shí)限定Q1和Q3或Q2和Q4決不允許同時(shí)處在非導通狀態(tài)。

　　這種限定可保證H橋的輸入阻抗總是限定的。另外，電流源饋入開(kāi)路電流將產(chǎn)生一個(gè)破壞高電壓。變壓器次級上的平均整流電流產(chǎn)生一個(gè)正比于IGBT導通周期的DC輸出電流。

　　由電流PWM波形激勵的變壓器T1基本上敏感于導通電壓變化、上升和下降時(shí)間差和錯誤的開(kāi)關(guān)狀態(tài)。用電流饋電轉換器，可避免磁芯飽和，只要安匝激勵是在正常工作的限制內(甚至電流是DC)就行。

　　電流饋電轉換器有一個(gè)缺點(diǎn)：電流源不是現有的，必須從電壓源產(chǎn)生。采用降壓轉換器或斬波器是顯而易見(jiàn)的選擇，這是因為它們在功率半導體中是非常有效的。

　　用這個(gè)附加的功率轉換級，可以把控制放置在電流饋電轉換器、斬波器或兩者之中。圖3示出包括3相輸入整流器、斬波器、電流饋電轉換器和輸出整流器的大功率轉換器。

 

　　圖3 整流器、斬波器和電流饋電轉換器

　　與輸入斬波器組合的電流饋電轉換器的新穎特性是在反常工作條件下的性能。變壓器T1，IGBT Q1~Q5和二極管D1~D8都可工作在短路狀態(tài)，具有系統級保護。

　　在這樣的條件下，電流的上升率是加在電感器L1上電壓的函數。電感器L1典型值以保持峰—峰紋波電流在最大值系數內為準。只要在斬波器開(kāi)關(guān)轉換期間發(fā)生系統停機，就可以很好地控制峰值電流。允許延長(cháng)失效檢測周期可使失效保護電路良好濾波，使得在高電子噪聲環(huán)境下有可靠無(wú)噪擾跳閘工作。

　　用斬波器和電流饋電轉換器組合，電路可以相互保護來(lái)自非正常大電流。由斬波器停機可以保護轉換器級中的失效，而由電流饋電轉換器停機可以保護斬波器中的失效。

　　在電路中加閉鎖二極管D16可以避免上述電流饋電轉換器開(kāi)關(guān)轉換狀態(tài)下的限制。此元件為IGBT Q1和Q3或Q2和Q4提供器件關(guān)閉時(shí)的電流返回通路。二極管D16箝位H橋最大關(guān)閉電壓到跨接在電容器上的電壓。

　　結語(yǔ)

　　電壓饋電轉換器通常具有跨接在輸入電容器上的串聯(lián)連接功率器件。非正常開(kāi)關(guān)轉換狀態(tài)可能使器件同時(shí)導通，引起電流迅速增大。另外，電壓饋電轉換器可產(chǎn)生DC偏移，導致主變壓器磁芯飽和。

　　在這些條件下為了保護功率半導體器件，需要高速失效檢測。在高噪聲環(huán)境下保護功率半導體器件是困難的。

　　電流饋電轉換器是電壓饋電轉換器的電對偶，喜歡短路狀態(tài)而不是工作的開(kāi)路狀態(tài)。這種拓撲不可能產(chǎn)生快速上升電流尖峰，在錯誤條件下也可能引起磁芯飽和。電流饋電轉換器工作具有SCR基電源的堅固性，但在高頻需要附加的功率處理級來(lái)控制和增強系統保護?！?京湘)