1、PDF外文：http:/ 3290 字 设计的反馈式直流电子负载硬件电路采用智能功率模块 Lu Haiying1, Wu Jing2, Huang Songling1, Zhao Wei1 1.电机工程学系，清华大学，北京大学，中国 ； 2.北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院，北京，中国 摘要 :首先，本文 示出的是 比较传统的电阻性负载和新 型 的电子负载。它的实施建议 使用 反馈型直流电子负载，其特点 是能够 反馈能量到公共电网 上 。此外，在逆变器的结构 中 ，内核模块的反馈型电子负载被引入。最后，使用 IPM 构成其主电路 和 驱动电路，以及缓
2、冲电路和保护电路 ， 设计一个出色功能可靠的单相并网逆变器。反馈型直流电子负载 节能和效率高的优点使它 拥有广泛的应用前景 和 相当良好的经济受益。 关键词 ： 反馈型直流电子负载，节能和高效率，逆变器， IPM 1、 简介 在 常用的测试设备 和 多种功率测试 中 负载起着非常重要的角色，对测试结果的性能有着直接的影响。传统的电阻性负载是指滑动变阻器和电阻箱，因为通过高电流时 产生 热 量和 噪声 1， 所以 其中有一个 不好 的精度。同时，电阻负载与一组具有嵌合大型冷却设备 通过 热能转化以降低温度上升。 电子负载是一种新 型 的电子负载元件
3、，这通常指的 是 电源 MOS 或 IGBT，功率电阻 2。它不但可以作为一个固定的阻抗，也 可以 模拟加载一些特殊的波形测试动态和瞬态特性 3， 但 它是不可能耐载荷 的 。此外，它有许多优势，它的结构简单，精度高，可调范围 广 和可靠性 高 4。 这种电子负载被称为能量耗散型电子负载。 但 它仍然需要配备一组大型冷却设备。因此，反馈型电子负载是 被 建议 使用的 。 通过 更换变频器功率电阻模块，它可以反馈到公用电网中测试能量，具有高效率，一般超过 80。其损失只包含功率半导体的开关损耗 和 并线损 耗 。冷却设备不再需要 使 这种类型的电子负载不生成大量的热能。另
4、外 ，大部分的电能 可以 回收再利用，所以我们并不需要装备功率大， 大 容量 5的实验场地。 随着 先进的电力电子技术 发展 ，反馈型电子负载引起的公众普遍关注的问题，并有广泛的应用前景 ， 其优点是节能和效率高。 2、 反馈型直流电子负载 图 1.拓扑结构的反馈式直流电子负载 ，根据 输入功率 特性 ，反馈类型电子负载分为 DC 型和 AC 型，它被设计测试直流电源设备。 反馈型直流电子负载通常是实施两 个方案 。第一个方案是，直流电源连续经过 DC / DC 转换器和 DC/ AC 逆变器，然后连接网格。第二个方案是，首先 DC
5、到 AC 电源反转，然后通 过工频变压器连接电源电网。这 个方案在 低电压和高电流电路 中 难以实现，而大部分的测试对象的电子负载 是 低电压的电源单元， 所以大 尺寸， 高电压， 高频变压 器 采用执行计划更频繁 6。其拓扑结构示出 如 图 1.主电路构成的单相桥 DC / DC 转换器，该转换器 使 低电压的直流电源 Ui 输出 高电压的直流电 压 Uo。在 单相桥 DC / AC 逆变器， Uo 就是 AC 回馈电网获得的电源。 C 是电容，以稳定电压。 L1 和 C1， L2 和 C2，分别 是 逆变器输出侧 的过滤电感 和 电容。 图 2.逆变器
6、主电路 逆变器是整个内核模块性能绝对重要的电子负载 ，它影响 着 电网连接的质量。它是由控制电路，逆变器，和滤波器电路 组成 ，如图 2.控制电路 DSP 芯片，它是内核的移动设备 。 外围电路包括采样电路和驱动电路等 。 C1 是 过滤输入 电压的 电容，而 L 和 C 是 过滤 输出电压的电感和电容。 在工作期间， 首先 输出电压和电流被采样 再通过 A / D 转换后输入到 DSP，然后在 DSP 生成 SPWM 控制 ， 以驱动逆变器 7。 过滤后的滤波器电路 将 理想的正弦波输送到公共电网的电能回 路中 。 3、 逆变器
7、的主电路 作者采用 IPM 建设的主电路设计了一个单相电网连接逆变器，输入 的 直流额定电压为 320V，输出交流 额定电压 220V.,额定功率为 4kW。 IPM 是 智能功率模块的缩写，先进的混合动力装置， 它 结合 了 高速，低损耗IGBT 优化的栅极驱动器，逻辑电路，控制电路和保护电路。 IPM 集成了大量的保护功能，如过流和短路保护，过温保护和欠压保护。如果保护电路 发生 ， IGBT关闭和 IPM 将输出故障信号 FO8。在电力电子领域 中 IPM 已被广泛 的应用 ，因为它不仅降低了系统的尺寸，成本和上市时间，同时
8、也提高了系统的可靠性。考虑到电源和未来的发展要求，三菱 PM100CVA120 模块被选择使 用 最多逆变器的主电路。此模块，额定 电流 100A，额定电压为 1200V，六个 IGBT 的最小死区时间是 3.0 s，最大开关频率为 20kHz。它还集成了故障检测及保护电路 9。图 3显示了其内部功能结构。 P 和 N 被用作 DC 总线终端，而在三相 U， V 和 W 被用作功率输出端。在单相桥逆变器，四个 IGBT 与 U 和 V 的选择主要为开关器件。 VUP1 ， VUPC， VVP1 和 VVPC， VN1 和 VNC 分别供给三个独立驱动权力，而 UP， V
9、P，UN， VN 为 四独立的驱动信号。故障信号由 UFO， VFO， FO 端子输出。 4、 外围电路的逆变器 PM100CVA120 是具有优良 性 能 的 IPM 模块。它具有完整的输出电源电路，栅极驱动电路 还 包括短路保护逻辑 电路 。但是，它 要 远离安全只是取决于其内部集成驱动电路和保护逻辑。因为电源电压 IPM 的控制部门的 需求，输出电压 15V，而在 DSP 的最大输出是 3.3V，所以 一个隔离放大器驱动电路 是要被 设计 的 。 如果 IPM 直接连接到 DC 电源 10那么 缓冲电路 将是 一个高度危险的电压。而为了安全 充分利用故障信号 FO，一个额外的保护电路 是被 需要 的，来 增强的整体的可靠性系统。 设计 驱动电路，缓冲电路和设计保护电路，现介绍如下。
