1、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

采用IPM的中頻高壓電源的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。其主回路為交流—直流—交流的電壓型變頻電路，由調(diào)壓模塊、低頻整流濾波模塊、IPM逆變模塊、中頻濾波模塊、中頻變壓器隔離升壓模塊以及中頻高壓整流模塊等組成。

控制系統(tǒng)采用8031單片微機(jī)和PWM專(zhuān)用控制芯片SG3524，單片機(jī)系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)電路中出現(xiàn)的過(guò)壓、過(guò)流及短路等故障進(jìn)行檢測(cè)和控制，若系統(tǒng)出現(xiàn)故障，單片機(jī)立即發(fā)出故障信號(hào)封鎖PWM芯片SG3524的輸出，并顯示故障信息。PWM芯片SG3524輸出一對(duì)互補(bǔ)的脈寬調(diào)制信號(hào)，經(jīng)過(guò)光電耦合器隔離后形成兩對(duì)互補(bǔ)的脈寬調(diào)制信號(hào)去觸發(fā)IPM。

2、控制電路

控制電路如圖2所示，在接通電源開(kāi)關(guān)Sl前，應(yīng)將調(diào)壓電位器回零，當(dāng)電源開(kāi)關(guān)S1接通后，內(nèi)部控制電路使輸出開(kāi)關(guān)S2自動(dòng)接通，此時(shí)，調(diào)節(jié)調(diào)壓電位器再離開(kāi)零位時(shí)，輸入電壓經(jīng)調(diào)壓模塊后正常輸出。若電源開(kāi)關(guān)S1接通時(shí)，調(diào)壓電位器沒(méi)有回零，控制系統(tǒng)將使輸出開(kāi)關(guān)S2處于斷開(kāi)狀態(tài)。使調(diào)壓模塊沒(méi)有電壓輸出，可防止調(diào)壓電位器沒(méi)有回零而電源突然開(kāi)通時(shí)產(chǎn)生的過(guò)大電流對(duì)電路的沖擊。

SilionGeneral公司生產(chǎn)的PWM芯片SG3524內(nèi)部具有5V/50mA的基準(zhǔn)電壓及短路保護(hù)電壓穩(wěn)壓器，為內(nèi)部電路提供電源及外部基準(zhǔn)。它還提供了一個(gè)穩(wěn)定的振蕩器，其頻率由外接電阻R和外接電容C設(shè)置，?=1.1/RC。SG3524的輸出級(jí)為NPN晶體管，能提供100mA的最大電流及相位差為180°的信號(hào)，不允許集電極和發(fā)射極開(kāi)路。其輸出腳12，13分開(kāi)使用時(shí)，輸出脈沖的占空比為0~45%，脈沖頻率等于振蕩器頻率的1/2，并且這兩路脈沖相位差180°。當(dāng)關(guān)斷端10腳加高電平時(shí)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出脈沖的封鎖。

中頻高壓電源的脈寬調(diào)制電路如圖3所示。RP2為芯片內(nèi)部振蕩器頻率的調(diào)節(jié)電阻。將SG3524芯片內(nèi)部誤差放大器接成射極跟隨器的形式，即將1腳和9腳相連，則補(bǔ)償端9（即誤差放大器和限流放大器的輸出端）的電壓與輸入端2的電壓相同。從基準(zhǔn)電壓端16腳通過(guò)調(diào)節(jié)RP1獲一理想的電平信號(hào)（這需要和IPM輸出的濾波環(huán)節(jié)協(xié)調(diào)操作，以獲得理想的正弦波輸出），將此信號(hào)加到SG3524的2腳上，與SG3524內(nèi)部產(chǎn)生的鋸齒波調(diào)制信號(hào)比較后，得到一對(duì)反相的脈寬調(diào)制信號(hào)，再經(jīng)光耦合器隔離輸出四路脈寬調(diào)制信號(hào)。

SG3524的控制輸入端是一個(gè)可調(diào)的電平信號(hào)，通過(guò)與逆變器輸出濾波環(huán)節(jié)的協(xié)調(diào)，能得到較理想的正弦波。若采用正弦波與SG3524內(nèi)部的鋸齒波調(diào)制產(chǎn)生脈沖，因比較器存在抖動(dòng)問(wèn)題，輸出脈沖的波形將不穩(wěn)定。要得到穩(wěn)定的波形，須附設(shè)去抖電路。輸出電壓波形主要取決于頻率的變化，如電阻R3=l0kΩ，RPl=20kΩ時(shí)，輸出電壓波形比較理想。

IPM選用三菱公司生產(chǎn)的PM10CSJ060，其最高工作電壓為600V，最大電流為10A，工作頻率為5-20kHz，由兩個(gè)單元構(gòu)成。其內(nèi)部集成了高速、低功耗的IGBT芯片和優(yōu)化的柵極驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路，可以連續(xù)、自動(dòng)地監(jiān)測(cè)功率器件的電流，實(shí)現(xiàn)高速的過(guò)電流保護(hù)和短路保護(hù)。其內(nèi)部還集成了欠電壓和過(guò)熱保護(hù)電路。此模塊的輸入端與輸出端之間沒(méi)有完全隔離，其控制端各相電源應(yīng)相互獨(dú)立（即VVpl、Vvpl、Vwpl、Vnl應(yīng)接獨(dú)立的電源）。

PWM脈寬調(diào)制信號(hào)與PM10CSJ060的連接如圖4所示。PM10CSJ060內(nèi)部有6個(gè)IGBT單元，若制作單相電源，只需4個(gè)單元即可。選用了U、V兩相的控制輸入與輸出端。在圖4中2腳（YFO）、6腳（VFO）和18腳（Fo）為故障輸出信號(hào)（即過(guò)電流、短路、欠電壓和過(guò)熱等），將這些信號(hào)送人8031單片機(jī)中。當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，8031單片機(jī)將顯示故障類(lèi)型并立即封鎖PWM芯片SG3524的輸出，起到快速保護(hù)的作用。

3、故障報(bào)警電路

故障報(bào)警電路如圖5所示，因8031內(nèi)部無(wú)程序存儲(chǔ)器，其PO和P2口只能作地址總線用，外接程序存儲(chǔ)器，不能作為普通的I/O口使用。輸人的故障信號(hào)有兩類(lèi)：一類(lèi)是主回路過(guò)電壓過(guò)電流信號(hào)，另一類(lèi)是IPM的故障信號(hào)（短路、過(guò)電流、欠電壓、過(guò)熱等）。當(dāng)單片機(jī)檢測(cè)到有故障信號(hào)時(shí)，將立即封鎖SG3524的觸發(fā)輸出（在SG3524的第10腳加一個(gè)高電平即可），同時(shí)輸出聲光報(bào)警信號(hào)。

IPM輸出電壓經(jīng)過(guò)L和C濾波后送到中頻變壓器IP升壓，再經(jīng)全波整流后送往負(fù)載。為了使輸出波形達(dá)到如圖6所示（電壓幅值為0~l0kV、頻率為8~l0kHz）的波形。在輸出端并聯(lián)一個(gè)電阻R0，其阻值應(yīng)選擇合適。若R0很大，將導(dǎo)致放電時(shí)間常數(shù)R0XC0（C0為輸出端分布電容）很大，使得輸出電壓不能降到零。若R0太小，會(huì)導(dǎo)致R0上消耗的功率過(guò)犬。當(dāng)負(fù)載電阻較小時(shí)，R0可以省略。