电源技术中的一种H型双极模式PWM控制的功率转换电路设计

摘要：介绍了一种为减小功率损耗而设计的H型双极模式PWM控制功率转换电路。此电路通过将IGBT开通关闭时间减小到3.2μs、选择合理PWM开关频率为600Hz，降低了功率损耗，使得H型双极模式PWM控制能够应用在大功率伺服系统中。该电路不但降低了功率损耗，还具有短路保护和互锁保护等电路保护功能。     关键词：H型双极模式PWM控制；IGBT；SKHI22AH4模块；开关频率     低速特性是衡量转台伺服系统性能的重要指标之一。影响低速特性的因素有很多，其中最主要的是摩擦力矩和电机波动力矩的干扰。对摩擦力矩的干扰，可以采取摩擦力矩补偿方法，来降低摩擦力矩干扰对伺服系统低速特性的影响。但 本文探讨了电源技术中的一种特殊设计，即H型双极模式脉宽调制（PWM）控制的功率转换电路，旨在减少功率损耗并适用于大功率伺服系统。H型双极模式PWM控制通过调节IGBT（绝缘栅双极晶体管）的开通和关闭时间至3.2μs，并选用600Hz的PWM开关频率，有效降低了功率损耗。这种优化设计不仅提高了效率，还集成有短路保护和互锁保护等安全功能。 在H型双极模式PWM控制中，IGBT是关键组件，因为它们具备低通态电压、高耐压、大电流承载能力以及较低的功率损耗。相较于其他大功率可控开关管，如GTR（大功率双极型晶体管）和MOSFET，IGBT在速度、效率和热稳定性方面更具优势。文章中采用了2MB1300D-140型号的IGBT作为功率转换电路的核心器件。 H型双极模式PWM控制在大功率伺服系统中的应用面临的主要挑战是功率损耗问题。功率损耗主要来自电动机电枢回路的附加功耗和大功率开关管的动态损耗。开关频率和开关器件的开通关闭时间直接影响这些损耗。为了降低这些损耗，设计中需考虑选择适当的开关频率和优化开关管的开通关闭时间。 此外，文章还指出，低速特性是评价伺服系统性能的关键因素，摩擦力矩和电机波动力矩的干扰会严重影响低速特性。虽然可以通过摩擦力矩补偿来减轻这些干扰，但在实际工程中，准确建模摩擦力矩是困难的。H型双极模式PWM控制通过产生电动机的高频颤动，有助于减小静摩擦，从而改善低速特性。然而，其高功率损耗限制了它在大功率系统中的应用。 为了克服这一问题，文章提出了H型双极模式PWM控制的功率转换电路设计，旨在减小电动机电枢回路的附加功耗和开关管的动态损耗。这包括精心设计IGBT的驱动电路和保护电路，以实现更高效、更稳定的运行。通过这样的改进，H型双极模式PWM控制有望在大功率伺服系统中发挥更大的作用。 H型双极模式PWM控制的功率转换电路设计是一个关键的技术创新，它结合了先进的IGBT技术和优化的控制策略，为大功率伺服系统的高效、安全运行提供了新的可能。这一设计充分体现了电源技术在提高系统能效和可靠性方面的持续进步。