5kW三相逆变电源主电路设计

摘要

逆变电源从出现到发展已经有很多年了，它的应用也已经不只是普通的应急设备了，它在节能、变频调速以及改善电源质量等很多方面被广泛利用。随着电力电子器件的不断更新换代，更高耐压更大功率更低损耗是逆变电源的发展趋势。利用现有的功率模块设计出优秀的电源是研发人员的工作方向。国外在这方面比我们领先了近十年，想要迎头赶上，首先必须清楚的了解它的设计思路，弄懂每一部分的电路原理，在这基础上改善现有的设计，才能达到创新的目的。 本文详细地分析了在逆变电源主电路中，各个元器件的作用以及其具体的选择方法。文中所有涉及到的逆变电源的硬件电路的制作、测试都是在英飞凌公司完成的。整个设计是公司作为测试评估板推荐给客户的，就是提供给顾客尽可能低廉的成本实现高品质性能的设计方案，以减少他们在电源研发时对硬件所投入的人力、物力与时间。 文章从功率模块的物理结构入手，重点介绍了英飞凌公司第三代模块的先进之处和工作特性，并且考虑到了成本、兼容性等客观实际的因素，再根据半导体模块的特点设计出不同的设计方案并作比较，最后得到合理可行的结果。对软启动电路、均压电路、各种保护电路、门极电路等，采集了相应的实测波形数据。特别是对门极输入信号的频率、串联电阻值的大小的选择进行了多种比较，然后确定参数值。门极的开关损耗是逆变电源的最主要的能耗之一，而且开通损耗和关断损耗又存在着矛盾性，需要兼顾与平衡。所以，研究主电路中的开关损耗是非常必要的，这关系到整个电源的效率。文章是在查阅了大量的理论资料，参考了国内外各种各样的电路后，整理并完善出的整个主电路的设计方法。其中，关于均压电阻的选择方法，是在听取了富有经验的工程师的介绍之后，由笔者提出的一种较可行的方案。 本文给逆变电源的主电路设计者提供了较系统较完整的思路，有实用价值。在减少损耗提高效率方面有待更进一步的探讨研究。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 绪论

1．1课题来源及研究意义

1．2电源技术

1．3逆变电源及其应用背景

1．4逆变电源的发展现状

第2章 新颖IGBT模块的特点介绍

2．1IGBT的简介

2．2IGBT的工作原理和工作特性

2．2．1IGBT的结构与工作原理

2．2．2IGBT与MOSFET的比较

2．2．3IGBT的工作特性

2．3IGBT的门极驱动

2．4英飞凌第三代IGBT模块的特点

2．5模块选取的参数指标

第3章 设计要求及各项原理算法分析

3．1逆变电源设计要求

3．2IGBT模块FP40R12KE3的参数介绍

3．3整流电路与软启动电路

3．3．1整流与限流

3．3．2软启动电路

3．4滤波电容与均压电阻

3．4．1滤波电容

3．4．2均压电阻

3．4．3均压电阻的选取方法

3．5IGBT的门极特性及其保护措施

3．5．1门极驱动电压

3．5．2门极串联电阻

3．5．3门极的开关频率

3．5．4门极的保护措施

3．6电路过压保护和制动电路

3．7过流保护

第4章 电路板的设计

4．1整体布局要求

4．2爬电距离

4．3印刷线路板的走线与散热

4．3．1走线规则

4．3．2线宽与载流能力的关系

4．3．3增加载流能力的方法

4．4铺铜时的注意事项

4．4．1大功率端子的热焊盘

4．4．2电容布线的合理性

第5章 开关电源

5．1开关电源概述

5．1．1开关电源的定义

5．1．2开关电源的优点

5．2开关电源的电路原理

第6章 运行结果

6．1软启动电路

6．2门极开关特性

6．2．1开关频率的影响

6．2．2门极电阻大小的影响

6．2．3分别用开通及关断电阻对门极特性的改善

6．3温度参数的比较

6．4门极输入波形

第7章 结论与展望

致谢

参考文献

附录一 水泥电阴参数

附录二 电阻封装与耐压特性

附录三 短路保护电阻特性