PWM实验报告.docx

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PWM实验报告

高精度脉冲/直流IGBT开关电源

样机实验报告

编制:

王有云

校核:

丁军怀

2001年4月26日

一．近物所要求及参数

工作模式：

脉冲/直流

负载参数：

磁铁电感L=

磁铁电阻R=Ω

输出电流：

0—600A

输出电压：

-20V—100V

电流上升/下降率：

±200A/S

上升/下降拐弯时刻：

小于

脉冲平底时刻：

10s

脉冲平顶时刻：

1s

电流稳固度：

小于1×10-4（600A）

小于2×10-4（200A）

电流纹波：

小于5×10-5（在600A，1kHz以下频率）

小于1×10-4（在600A，1kHz以上频率）

小于2×10-4（在20A，1kHz以下频率）

小于4×10-4（在20A，1kHz以上频率）

跟踪精度：

小于±2×10-4

再现误差：

小于±1×10-4（20A）

周期重复误差：

小于±1×10-4（20A）

长期工作靠得住性：

额定输出无端障运行300小时以上

二．设计方案

主功率器件采纳1200V/300A（85°时）西门子产IGBT，因系统工作功率较大（100V/600A），主回路采纳三并二极管（800V/150A）整流和每桥臂三只IGBT并联输出。

由于对电流稳固度和纹波要求较高，操纵方案采纳2倍频的PWM操纵模式，使工作在10KHz的IGBT经全桥变换输出20KHz的高频直流，这种方案能使滤波难度大幅降低，LC滤波的体积和本钱有较大的降低（有效L=4mH,C=10µF）,高频也使调剂精度明显提高。

设计方案详见原理图。

三．样机实验

1．调剂操纵回路实验

调剂回路采纳电流单闭环`操纵，由精度较高的PWM操纵芯片输出两组10KHz的高频信号，并送到IGBT驱动爱惜放大板产生三并联IGBT需要的驱动信号。

2．主回路实验

了解IGBT特性，并对二极管整流线路通电实验，反复实验加入整流滤波电路、储能电路、缓冲电路。

3．小电流实验

主回路串入Ω的负载电阻，先用每桥1只IGBT通电实验，最大到20A。

发觉无任何异样，再用每桥2只IGBT并联，通电至40A，无异样后，每桥并联3只IGBT，通电至100A，说明IGBT并联成功，且驱动回路的放大电路工作正常，驱动回路的电源配置适合，但IGBT开通关断时的尖峰电压很高，最高达到700V，经反复整改主回路结构（时刻长达一个月），才使尖峰电压下降到50V/100A，现在由于原水冷板耐水压不够，水冷板变形，使压接到水冷板上的IGBT损坏，形成短路，造成两桥臂（6只IGBT）损坏。

经重做水冷板，从头实验，一切正常。

4．大电流实验（波形由TDS3052，500M示波器测得）

把300mH，Ω的四级磁铁改成两串两并，并在主回路串入3Ω的电阻，如此负载就变成：

L=75mH，R=Ω。

每桥IGBT两并，通电到200A，其输出波形见图1：

图1

IGBT的CE两头波形见图2：

图2

持续通电4小时，无异样，每桥IGBT两并通电到400A，其

输出波形见图3：

图3

IGBT的CE两头波形见图4：

图4

持续通电12小时，导通组的IGBT约为39℃。

每桥IGBT三

并，通电到600A，IGBT输出波形见图5：

图5

IGBT的CE两头波形见图6：

图6

持续40分钟后，磁铁冷却水温升50℃，下降到570A，持

续通电9小时，但由于用饭时，自来水压力减小，使磁铁温度

陡然升高，不能不下降到550A，持续通电12小时，IGBT表

面温度为40℃。

IGBT三并200A的CE波形见图7

图7

IGBT三并400A的输出波形见图8：

图8

通过对以上大电流的实验，考察了其工作的靠得住性。

四．性能测试：

1．稳固性测试（数据由7081位高精度数表测得）

a）200A稳固性测量：

其持续9个小时的EXCEL曲线见图9，原始数据见附表1

经计算其稳固度为：

×10-4

图9

b）400A稳固性测量：

其持续8个小时的EXCEL曲线见图10，原始数据见附表1

经计算其稳固度为：

×10-5

图10

c）550A稳固性测量：

1）550A稳固性测量第一组数据为六个小时，其EXCEL曲线见图11，原始数据见附表1，经计算其稳固度为：

×10-5

图11

2）

550A稳固性测量第二组数据为十个小时，其EXCEL曲线见图11，原始数据见附表1，经计算其稳固度为：

×10-5

图12

2．跟踪精度测量：

由6RA24的斜坡函数发生器给定，给定和反馈比较后放大100倍后的波形观测是不是为零或为一恒值，来确信其跟从精度。

目前，近物所也无法对其跟从精度进行量化，仅把给定和反馈比较后放大100倍的波形从示波器中观测，做出结论。

实际测定的上升（下降）时刻为3S，拐弯时刻为。

0—400A的脉冲曲线见图13

0—550A的脉冲曲线见图14

20—550A的脉冲曲线见图15

图中CH1为反馈波形，CH2为给定和反馈值比较放大100倍的波形。

CH2波形的转变直接反映跟从精度，此图传到近物所，以为达到跟从精度指标1×10-4。

图13

图14

图15

3．纹波测量

20A高频傅立叶分析见图16

20A低频傅立叶分析见图17

400A高频傅立叶分析见图18

400A低频傅立叶分析见图19

550A高频傅立叶分析见图20

550A低频傅立叶分析见图21

经把傅立叶分析结果量化，不管低频或高频分析，纹波均低于1×10-7。

可见IGBT高频工作时的最大益处确实是不用考虑纹波指标是不是知足。

图16

图17

图18

图19

图20

图21

4．电源质量分析（单相）

50A电源质量分析

电压220V电流

S=

P=

Q=

λ=

200A电源质量分析

电压220V电流14A

S=3KVA

P=

Q=

λ=

400A电源质量分析

电压220V电流

S=

P=

Q=

λ=

550A电源质量分析

电压220V电流85A

S=

P=

Q=

λ=

五．结论

系统各项指标均知足近物所技术参数，并成功的解决了IGBT的并联问题、并联驱动问题、IGBT在高频大电流工作时的干扰问题，为我所在以后IGBT的交、直流畅用积存了丰硕的体会，并取得了一些宝贵的数据。