劉牮，雷龍，張輝，郭占磊

（1.上海理工大學(xué)電氣工程系，上海200093；2.珠海格力電器股份有限公司，廣東珠海519070）

ESP高頻電源的設(shè)計(jì)

劉牮1，雷龍2，張輝2，郭占磊1

（1.上海理工大學(xué)電氣工程系，上海200093；2.珠海格力電器股份有限公司，廣東珠海519070）

針對(duì)靜電除塵用工頻電源存在的缺陷，設(shè)計(jì)了一種靜電除塵用高頻開關(guān)電源，采用一種新型的驅(qū)動(dòng)電路和過流保護(hù)電路，選用LCC諧振變換器，介紹了諧振電路參數(shù)選取過程并用saber仿真進(jìn)行了驗(yàn)證，調(diào)頻范圍在18～38 kHz，輸出電壓90 kV。通過樣機(jī)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該設(shè)計(jì)。

ESP；高頻電源；驅(qū)動(dòng)電路；LCC

靜電除塵（electrostatic precipitator，ESP）是利用靜電吸附粉塵的原理進(jìn)行除塵，以除塵效率高、處理粉塵的顆粒范圍廣、運(yùn)行穩(wěn)定、可靠性高、投產(chǎn)后維護(hù)管理方便等一系列優(yōu)點(diǎn)，成為工業(yè)生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用的一種先進(jìn)的除塵方法。在安全可靠運(yùn)行的前提下提高除塵效率，是靜電除塵器的研究熱點(diǎn)。

1 系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

如圖1所示，系統(tǒng)主電路為輸入三相380V、50 Hz的交流電源，經(jīng)三相整流濾波后得到550V直流電壓，再經(jīng)IGBT模塊組成的H橋逆變、高頻變壓器升壓整流得到90 kV直流電壓送給負(fù)載。采樣直流母線電壓電流、諧振網(wǎng)絡(luò)電流、輸出電壓電流等信號(hào)反饋送至DSP控制系統(tǒng)。DSP控制系統(tǒng)與溫度檢測電路一起執(zhí)行過溫保護(hù)、與驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)過壓、過流、短路保護(hù)。

圖1 系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

2 電源控制系統(tǒng)

本系統(tǒng)是以DSP作為主控制芯片并采用過流、過壓、溫度等作為反饋信號(hào)來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)壓，整個(gè)系統(tǒng)全數(shù)字化控制，通過該芯片的PWM輸出功能發(fā)出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，經(jīng)驅(qū)動(dòng)放大電路后供給IGBT，進(jìn)而調(diào)節(jié)LCC諧振變換器達(dá)到調(diào)整電路輸出的目的。整個(gè)系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)

2.1 驅(qū)動(dòng)電路

電源所用IGBT驅(qū)動(dòng)電路的驅(qū)動(dòng)信號(hào)由UCC3895發(fā)出，通過DSP調(diào)節(jié)與RT管角相連的數(shù)字電位器，即可調(diào)節(jié)UCC3895發(fā)出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)頻率，利用4個(gè)小脈沖變壓器進(jìn)行隔離，最后給IGBT模塊進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。得到的驅(qū)動(dòng)波形如圖3所示，調(diào)頻范圍在18～38 kHz。

圖3 IGBT驅(qū)動(dòng)波形

本設(shè)計(jì)選用IGBT模塊Infineon(FF300R12KS4)。

IGBT所需驅(qū)動(dòng)功率為：

為了保證IGBT的正常導(dǎo)通與關(guān)斷，超前橋臂和滯后橋臂的死區(qū)時(shí)間設(shè)置為2.5 μs，充足的死區(qū)時(shí)間可有效防止上下橋臂直接導(dǎo)通。驅(qū)動(dòng)波形的上升時(shí)間和下降時(shí)間均為50 ns左右，完全符合IGBT的驅(qū)動(dòng)要求。

2.2 過流保護(hù)電路

利用霍爾電流互感器LT308-S6作為反饋信號(hào)，將采集到的電流信號(hào)經(jīng)高速光耦HCNR200線性隔離，再經(jīng)并聯(lián)電阻變?yōu)殡妷盒盘?hào)，輸入比較器393與預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較。當(dāng)反饋信號(hào)高于預(yù)設(shè)值時(shí)，393輸出信號(hào)給555延時(shí)器進(jìn)行延時(shí)，同時(shí)555延時(shí)器輸出給UCC3895的12管角關(guān)斷UCC3895，以保護(hù)電路。在實(shí)驗(yàn)中，模擬了一個(gè)過流信號(hào)，發(fā)現(xiàn)輸出的過流信號(hào)和驅(qū)動(dòng)電路板的關(guān)斷時(shí)間相差為400 ns，完全可以保護(hù)住IGBT。過流保護(hù)電路如圖4所示。

圖4 過流保護(hù)電路

2.3 控制流程

以上介紹了控制電路各部分的硬件結(jié)構(gòu)，軟件部分的控制流程如圖5所示。

圖5 控制流程圖

3 LCC諧振參數(shù)的選取

高頻高壓電源的諧振變換器有多種選擇，但串并聯(lián)諧振變換器是電除塵器電源的最佳選擇[1]，故本設(shè)計(jì)選擇串并聯(lián)諧振變換器。作為高頻電源的關(guān)鍵部分，LCC諧振參數(shù)的選取對(duì)電路具有重要意義。高頻變壓器本身有漏感和分布電容，LCC諧振變換器可以利用這個(gè)特點(diǎn)，僅僅利用變壓器的漏感作為串聯(lián)電感，不僅可以減少元件的數(shù)量，減小變換器的體積，更重要的是除掉了外加電感這個(gè)很大的發(fā)熱源。由文獻(xiàn)[2]可知：

圖6=20 kHz

從仿真結(jié)果中可以看出，諧振網(wǎng)絡(luò)在仿真條件下呈感性，開關(guān)管實(shí)現(xiàn)了ZVS，驗(yàn)證了文獻(xiàn)[2]所述方法是可行的，雖然變壓器漏感不能預(yù)定其準(zhǔn)確值，但由于變化范圍不大，仍然為LCC諧振參數(shù)的選取提供了重要指導(dǎo)。

4 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

圖7=30 kHz

圖8 2路為輸出電壓

5 結(jié)論

本文提出了一種新型的ESP高頻開關(guān)電源的設(shè)計(jì)方法。詳述了電源的控制系統(tǒng)，選取并驗(yàn)證了串并聯(lián)諧振參數(shù)，利用高頻變壓器的漏感和分布電容，減小了變換器體積并除掉外加電感這個(gè)相當(dāng)大的熱源。由于靜電除塵器的閃絡(luò)電壓是由供電電壓的峰值決定的，高頻開關(guān)電源頻率很高，輸出電壓近似直流，閃絡(luò)電壓閥值是工頻的1.3～1.5倍，要保證除塵效率在不超出極板耐壓范圍的前提下，盡可能提高電源的輸出電壓，本設(shè)計(jì)可使輸出電壓達(dá)90 kV，有較高的應(yīng)用價(jià)值。

[1]張谷勛.串并聯(lián)諧振變換器是電除塵器電源的最佳選擇[J].通信電源技術(shù)，2009(1)：26-27.

[2]林震宇，郭亮.靜電除塵用高頻高壓電源諧振參數(shù)的選擇[J].電工技術(shù)，2011(10)：17-19.

Design of ESPhigh-frequency power supply

LIU Jian1,LEI Long2,ZHANG Hui2,GUO Zhan-lei1

Aiming at the defects for electrostatic precipitator power supply,a kind ofhigh frequency switching power supply for electrostatic precipitator was designed.A new drive circuit and over-current protection circuit was used. Selecting LCC resonant converter,the resonant circuit parameters selection process and saber simulation were recounted.The range of the switching frequency was from 18 to 38 kHz,output voltage was 90 kV.The designmethod was verified by the final prototype.

ESP；high-frequency power supply；drive circuit；LCC

TM 13

A

1002-087 X(2014)10-1930-03

2014-03-16

劉牮(1961—)，男，上海市人，副教授，碩士生導(dǎo)師，主要研究方向?yàn)殡娮蛹夹g(shù)及計(jì)算機(jī)控制。