基于IGBT串聯(lián)技術(shù)的線性高壓電源研究
發(fā)布時(shí)間：2021-08-05 12:29
為了研發(fā)線性高壓電源用于高壓絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）截止特性測試,基于IGBT的電學(xué)特性,運(yùn)用IGBT串聯(lián)技術(shù),設(shè)計(jì)了一種以串聯(lián)IGBT作為調(diào)整管的線性高壓電源。設(shè)計(jì)了基本電路結(jié)構(gòu)并進(jìn)行了理論分析,通過計(jì)算機(jī)仿真驗(yàn)證了電路的可行性,最后給出了實(shí)際電源的測試波形,表明所設(shè)計(jì)的電路線性度滿足測試電源的要求,工作電壓達(dá)到10 kV,目前該技術(shù)已獲實(shí)用新型專利。
【文章來源】：電力電子技術(shù). 2020,54(09)北大核心CSCD
【文章頁數(shù)】：3 頁
【部分圖文】：
圖１?ＩＧＢＴ等效電路圖??Ｆｉｇ．?１?ＩＧＢＴ?ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ?ｃｉｒｃｕｉｔ?ｄｉａｇｒａｍ??
在一??定的范圍內(nèi)，為了保證控制信號(hào)為零時(shí)，作為調(diào)整??環(huán)節(jié)的ＩＧＢＴ串聯(lián)組不能有漏電流，因此不能采用??直接并聯(lián)均壓電阻的方案，而是采用各個(gè)丨ＧＢＴ柵??極并聯(lián)高阻值高壓電阻的方案，由于ＩＧＢＴ柵極內(nèi)??阻極高，可保證無漏電流輸出，為了抑制線路中的??瞬時(shí)電壓波動(dòng)時(shí)的動(dòng)態(tài)均壓，采用瞬態(tài)電壓抑制??器并聯(lián)于各個(gè)ＩＧＢＴ的Ｃ，Ｅ端方案。??３．３線性控制電路原理分析??基于ＩＧＢＴ串聯(lián)技術(shù)的線性高壓電源其實(shí)質(zhì)??為帶放大區(qū)的串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電源，串聯(lián)反饋式??穩(wěn)壓電路原理框圖如圖６所示。??Ｕｉｎ??調(diào)整環(huán)節(jié)??比較放大環(huán)節(jié)??ｊ??取樣??電路??］／？２??以ｏｕｔ??Ｕ？Ｌ??圖６串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路圖??Ｆｉｇ．?６?Ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｓｅｒｉｅｓ?ｆｅｅｄｂａｃｋ?ｖｏｌｔａｇｅ?ｓｔａｂｉｌｉｚｉｎｇ?ｃｉｒｃｕｉｔ??由于射極跟隨器的電壓放大倍數(shù)近似等于??１，同時(shí)在深度負(fù)反饋條件下存在如下關(guān)系：??Ｕ，Ｕｎ／Ｆ?（１）??式中：為輸出電壓；Ｆ為反饋系數(shù)；ｆ／Ｒ為基準(zhǔn)電壓。??當(dāng)％和Ｆ—定時(shí)也就確定了，因此式（１）??電鉗電??壓流波??高整濾??４９??
?輸出??電壓??濾波??輸出??電壓??反饋??圖４總原理框圖??Ｆｉｇ．?４?Ｇｅｎｅｒａｌ?ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ?ｂｌｏｃｋ?ｄｉａｇｒａ??３．２主電路設(shè)計(jì)及原理分析??市電交流２２０?Ｖ經(jīng)過高壓變壓器升壓后，通??一個(gè)Ｍ０ＳＦＥＴ驅(qū)動(dòng)一個(gè)ＧＴＲ的復(fù)合性結(jié)構(gòu)器件，??Ｍ０ＳＦＥＴ用于驅(qū)動(dòng)ＧＴＲ。ＧＴＲ部分用于導(dǎo)通大的??通態(tài)電流。??２．２?ＩＧＢＴ的正向伏安特性及轉(zhuǎn)移特性??ＩＧＢＴ的正向伏安特性與晶體管類似，同樣包??含阻斷區(qū)、飽和區(qū)和放大區(qū)，伏安特性見圖２，因??此ＩＧＢＴ具有一定的電流線性放大能力。??＜ｃ??有源區(qū)??？ＧＥ增加??？０Ｅ??圖２?ＩＧＢＴ伏安特性??Ｆｉｇ．?２?Ｖｏｌｔａｇｅ?ｃｕｒｒｅｎｔ?ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ?ｏｆ?ＩＧＢＴ??ＩＧＢＴ的轉(zhuǎn)移特性反映出集電極電流ｉｅ與門??極電壓Ｕｃｅ之間的關(guān)系曲線，它與Ｍ０ＳＦＦ／Ｔ的轉(zhuǎn)??移特性類似。因此其轉(zhuǎn)移特性在一定的范圍內(nèi)呈??現(xiàn)線性特征，ＩＧＢＴ的轉(zhuǎn)移特性曲線見圖３。??３電路原理與設(shè)計(jì)??３．１線性高壓電源基本組成??正是由于丨ＧＢＴ具有一定的線性放大功能，同??時(shí)具有高電壓低漏電流特性，使得采用１ＧＢＴ作為??放大管的高壓線性電源具有理論上的可能。由于??單只丨ＧＢＴ的有限，為了達(dá)到較髙的輸出電??壓，需要將多只ＩＧＢＴ串聯(lián)作為一個(gè)放大環(huán)節(jié)，通??過控制使輸出電壓與控制信號(hào)呈現(xiàn)線性關(guān)系。??采用串聯(lián)ＩＧＢＴ作為調(diào)整管的線性高壓直流??穩(wěn)壓電源，其總原理框圖如圖４所示。??ｆｉｌｌ??ＩＳ??ＩＩ??過高壓整流及濾波電路產(chǎn)生前級(jí)高壓電源，線性調(diào)??整環(huán)節(jié)為２丨只型號(hào)為１ＭＢＨ６０Ｄ
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于ATmega16的智能數(shù)控高壓直流電源的設(shè)計(jì)[J]. 廖平,陳峰,馬洪秋. 高電壓技術(shù). 2008(04)
[2]25kV高精度直流負(fù)高壓源設(shè)計(jì)[J]. 趙艷雷,童建忠,齊智平. 高電壓技術(shù). 2006(04)
[3]基于線性電源的高壓放大器[J]. 鐘清華,黃偉強(qiáng),李子升. 現(xiàn)代電子技術(shù). 2004(15)
本文編號(hào)：3323752
【文章來源】：電力電子技術(shù). 2020,54(09)北大核心CSCD
【文章頁數(shù)】：3 頁
【部分圖文】：
圖１?ＩＧＢＴ等效電路圖??Ｆｉｇ．?１?ＩＧＢＴ?ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ?ｃｉｒｃｕｉｔ?ｄｉａｇｒａｍ??
在一??定的范圍內(nèi)，為了保證控制信號(hào)為零時(shí)，作為調(diào)整??環(huán)節(jié)的ＩＧＢＴ串聯(lián)組不能有漏電流，因此不能采用??直接并聯(lián)均壓電阻的方案，而是采用各個(gè)丨ＧＢＴ柵??極并聯(lián)高阻值高壓電阻的方案，由于ＩＧＢＴ柵極內(nèi)??阻極高，可保證無漏電流輸出，為了抑制線路中的??瞬時(shí)電壓波動(dòng)時(shí)的動(dòng)態(tài)均壓，采用瞬態(tài)電壓抑制??器并聯(lián)于各個(gè)ＩＧＢＴ的Ｃ，Ｅ端方案。??３．３線性控制電路原理分析??基于ＩＧＢＴ串聯(lián)技術(shù)的線性高壓電源其實(shí)質(zhì)??為帶放大區(qū)的串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電源，串聯(lián)反饋式??穩(wěn)壓電路原理框圖如圖６所示。??Ｕｉｎ??調(diào)整環(huán)節(jié)??比較放大環(huán)節(jié)??ｊ??取樣??電路??］／？２??以ｏｕｔ??Ｕ？Ｌ??圖６串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路圖??Ｆｉｇ．?６?Ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｓｅｒｉｅｓ?ｆｅｅｄｂａｃｋ?ｖｏｌｔａｇｅ?ｓｔａｂｉｌｉｚｉｎｇ?ｃｉｒｃｕｉｔ??由于射極跟隨器的電壓放大倍數(shù)近似等于??１，同時(shí)在深度負(fù)反饋條件下存在如下關(guān)系：??Ｕ，Ｕｎ／Ｆ?（１）??式中：為輸出電壓；Ｆ為反饋系數(shù)；ｆ／Ｒ為基準(zhǔn)電壓。??當(dāng)％和Ｆ—定時(shí)也就確定了，因此式（１）??電鉗電??壓流波??高整濾??４９??
?輸出??電壓??濾波??輸出??電壓??反饋??圖４總原理框圖??Ｆｉｇ．?４?Ｇｅｎｅｒａｌ?ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ?ｂｌｏｃｋ?ｄｉａｇｒａ??３．２主電路設(shè)計(jì)及原理分析??市電交流２２０?Ｖ經(jīng)過高壓變壓器升壓后，通??一個(gè)Ｍ０ＳＦＥＴ驅(qū)動(dòng)一個(gè)ＧＴＲ的復(fù)合性結(jié)構(gòu)器件，??Ｍ０ＳＦＥＴ用于驅(qū)動(dòng)ＧＴＲ。ＧＴＲ部分用于導(dǎo)通大的??通態(tài)電流。??２．２?ＩＧＢＴ的正向伏安特性及轉(zhuǎn)移特性??ＩＧＢＴ的正向伏安特性與晶體管類似，同樣包??含阻斷區(qū)、飽和區(qū)和放大區(qū)，伏安特性見圖２，因??此ＩＧＢＴ具有一定的電流線性放大能力。??＜ｃ??有源區(qū)??？ＧＥ增加??？０Ｅ??圖２?ＩＧＢＴ伏安特性??Ｆｉｇ．?２?Ｖｏｌｔａｇｅ?ｃｕｒｒｅｎｔ?ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ?ｏｆ?ＩＧＢＴ??ＩＧＢＴ的轉(zhuǎn)移特性反映出集電極電流ｉｅ與門??極電壓Ｕｃｅ之間的關(guān)系曲線，它與Ｍ０ＳＦＦ／Ｔ的轉(zhuǎn)??移特性類似。因此其轉(zhuǎn)移特性在一定的范圍內(nèi)呈??現(xiàn)線性特征，ＩＧＢＴ的轉(zhuǎn)移特性曲線見圖３。??３電路原理與設(shè)計(jì)??３．１線性高壓電源基本組成??正是由于丨ＧＢＴ具有一定的線性放大功能，同??時(shí)具有高電壓低漏電流特性，使得采用１ＧＢＴ作為??放大管的高壓線性電源具有理論上的可能。由于??單只丨ＧＢＴ的有限，為了達(dá)到較髙的輸出電??壓，需要將多只ＩＧＢＴ串聯(lián)作為一個(gè)放大環(huán)節(jié)，通??過控制使輸出電壓與控制信號(hào)呈現(xiàn)線性關(guān)系。??采用串聯(lián)ＩＧＢＴ作為調(diào)整管的線性高壓直流??穩(wěn)壓電源，其總原理框圖如圖４所示。??ｆｉｌｌ??ＩＳ??ＩＩ??過高壓整流及濾波電路產(chǎn)生前級(jí)高壓電源，線性調(diào)??整環(huán)節(jié)為２丨只型號(hào)為１ＭＢＨ６０Ｄ
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于ATmega16的智能數(shù)控高壓直流電源的設(shè)計(jì)[J]. 廖平,陳峰,馬洪秋. 高電壓技術(shù). 2008(04)
[2]25kV高精度直流負(fù)高壓源設(shè)計(jì)[J]. 趙艷雷,童建忠,齊智平. 高電壓技術(shù). 2006(04)
[3]基于線性電源的高壓放大器[J]. 鐘清華,黃偉強(qiáng),李子升. 現(xiàn)代電子技術(shù). 2004(15)
本文編號(hào)：3323752
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