IPM模块在中频高压电源中的应用

1、系统结构

采用IPM的中频高压电源的系统结构图如图1所示。其主回路为交流—直流—交流的电压型变频电路，由调压模块、低频整流滤波模块、IPM逆变模块、中频滤波模块、中频变压器隔离升压模块以及中频高压整流模块等组成。

控制系统采用8031单片微机和PWM专用控制芯片SG3524，单片机系统对系统电路中出现的过压、过流及短路等故障进行检测和控制，若系统出现故障，单片机立即发出故障信号封锁PWM芯片SG3524的输出，并显示故障信息。PWM芯片SG3524输出一对互补的脉宽调制信号，经过光电耦合器隔离后形成两对互补的脉宽调制信号去触发IPM。

2、控制电路

控制电路如图2所示，在接通电源开关Sl前，应将调压电位器回零，当电源开关S1接通后，内部控制电路使输出开关S2自动接通，此时，调节调压电位器再离开零位时，输入电压经调压模块后正常输出。若电源开关S1接通时，调压电位器没有回零，控制系统将使输出开关S2处于断开状态。使调压模块没有电压输出，可防止调压电位器没有回零而电源突然开通时产生的过大电流对电路的冲击。

SilionGeneral公司生产的PWM芯片SG3524内部具有5V/50mA的基准电压及短路保护电压稳压器，为内部电路提供电源及外部基准。它还提供了一个稳定的振荡器，其频率由外接电阻R和外接电容C设置，ƒ=1.1/RC。SG3524的输出级为NPN晶体管，能提供100mA的最大电流及相位差为180°的信号，不允许集电极和发射极开路。其输出脚12，13分开使用时，输出脉冲的占空比为0~45%，脉冲频率等于振荡器频率的1/2，并且这两路脉冲相位差180°。当关断端10脚加高电平时，可实现对输出脉冲的封锁。

中频高压电源的脉宽调制电路如图3所示。RP2为芯片内部振荡器频率的调节电阻。将SG3524芯片内部误差放大器接成射极跟随器的形式，即将1脚和9脚相连，则补偿端9（即误差放大器和限流放大器的输出端）的电压与输入端2的电压相同。从基准电压端16脚通过调节RP1获一理想的电平信号（这需要和IPM输出的滤波环节协调操作，以获得理想的正弦波输出），将此信号加到SG3524的2脚上，与SG3524内部产生的锯齿波调制信号比较后，得到一对反相的脉宽调制信号，再经光耦合器隔离输出四路脉宽调制信号。

SG3524的控制输入端是一个可调的电平信号，通过与逆变器输出滤波环节的协调，能得到较理想的正弦波。若采用正弦波与SG3524内部的锯齿波调制产生脉冲，因比较器存在抖动问题，输出脉冲的波形将不稳定。要得到稳定的波形，须附设去抖电路。输出电压波形主要取决于频率的变化，如电阻R3=l0kΩ，RPl=20kΩ时，输出电压波形比较理想。

IPM选用三菱公司生产的PM10CSJ060，其最高工作电压为600V，最大电流为10A，工作频率为5-20kHz，由两个单元构成。其内部集成了高速、低功耗的IGBT芯片和优化的栅极驱动与保护电路，可以连续、自动地监测功率器件的电流，实现高速的过电流保护和短路保护。其内部还集成了欠电压和过热保护电路。此模块的输入端与输出端之间没有完全隔离，其控制端各相电源应相互独立（即VVpl、Vvpl、Vwpl、Vnl应接独立的电源）。

PWM脉宽调制信号与PM10CSJ060的连接如图4所示。PM10CSJ060内部有6个IGBT单元，若制作单相电源，只需4个单元即可。选用了U、V两相的控制输入与输出端。在图4中2脚（YFO）、6脚（VFO）和18脚（Fo）为故障输出信号（即过电流、短路、欠电压和过热等），将这些信号送人8031单片机中。当故障发生时，8031单片机将显示故障类型并立即封锁PWM芯片SG3524的输出，起到快速保护的作用。

3、故障报警电路

故障报警电路如图5所示，因8031内部无程序存储器，其PO和P2口只能作地址总线用，外接程序存储器，不能作为普通的I/O口使用。输人的故障信号有两类：一类是主回路过电压过电流信号，另一类是IPM的故障信号（短路、过电流、欠电压、过热等）。当单片机检测到有故障信号时，将立即封锁SG3524的触发输出（在SG3524的第10脚加一个高电平即可），同时输出声光报警信号。

IPM输出电压经过L和C滤波后送到中频变压器IP升压，再经全波整流后送往负载。为了使输出波形达到如图6所示（电压幅值为0~l0kV、频率为8~l0kHz）的波形。在输出端并联一个电阻R0，其阻值应选择合适。若R0很大，将导致放电时间常数R0XC0（C0为输出端分布电容）很大，使得输出电压不能降到零。若R0太小，会导致R0上消耗的功率过犬。当负载电阻较小时，R0可以省略。