最好的变频电路培训教程.pdf

变频器功率电路培训变频器功率电路培训变频器功率电路培训变频器功率电路培训变频器功率电路培训变频器功率电路培训变频器功率电路培训变频器功率电路培训 李明李明李明李明 2010.02 主要内容主要内容主要内容主要内容主要内容主要内容主要内容主要内容主要内容主要内容主要内容主要内容 一、电路控制拓扑结构介绍 二、功率电路设计方案 一一一一、变频器控制结构原理框图变频器控制结构原理框图变频器控制结构原理框图变频器控制结构原理框图一一一一、变频器控制结构原理框图变频器控制结构原理框图变频器控制结构原理框图变频器控制结构原理框图一一一一、变频器控制结构原理框图变频器控制结构原理框图变频器控制结构原理框图变频器控制结构原理框图 M DSP PC 整整逆逆 控控 电整电电转转电电 PLC 电电电电 + 1、变频器控制拓扑结构变频器控制拓扑结构变频器控制拓扑结构变频器控制拓扑结构1框图框图框图框图 1 1 、变频器控制拓扑结构变频器控制拓扑结构变频器控制拓扑结构变频器控制拓扑结构、变频器控制拓扑结构变频器控制拓扑结构变频器控制拓扑结构变频器控制拓扑结构 1 1 框图框图框图框图框图框图框图框图 DSP 光光光光开开电开逆电开光光 线线光光光光 用用I/O信信 电电电电 电整电电 继电开光光 数数信信 模模信信 RS485通通 IGBT驱驱+24V,+5V,+15V LED人人人人 人 人 接 口 开开光光开 + + + - 控制拓扑结构控制拓扑结构控制拓扑结构控制拓扑结构1特点特点特点特点控制拓扑结构控制拓扑结构控制拓扑结构控制拓扑结构控制拓扑结构控制拓扑结构控制拓扑结构控制拓扑结构 1 1 特点特点特点特点特点特点特点特点 1、单DSP控制 2、各种隔离要求高（电路和安规两方面） 3、对小功率变频器成本压力大 2、变频器控制拓扑结构变频器控制拓扑结构变频器控制拓扑结构变频器控制拓扑结构2框图框图框图框图 2 2 、变频器控制拓扑结构变频器控制拓扑结构变频器控制拓扑结构变频器控制拓扑结构、变频器控制拓扑结构变频器控制拓扑结构变频器控制拓扑结构变频器控制拓扑结构 2 2 框图框图框图框图框图框图框图框图 数数信信 人 人 接 口 模模信信 电整电电 开开电开 DSP 电电电电IGBT驱驱驱驱驱 线线光光光光光光开继电开光光 + + 控制拓扑结构控制拓扑结构控制拓扑结构控制拓扑结构2特点特点特点特点控制拓扑结构控制拓扑结构控制拓扑结构控制拓扑结构控制拓扑结构控制拓扑结构控制拓扑结构控制拓扑结构 2 2 特点特点特点特点特点特点特点特点 1、单MCU控制 2、驱动、保护、检测电路不需要隔离 3、在用户接口处实现电气和安规隔离 4、用户接口简单时可应用在变频器上 3、变频器控制拓扑结构变频器控制拓扑结构变频器控制拓扑结构变频器控制拓扑结构3框图框图框图框图 3 3 、变频器控制拓扑结构变频器控制拓扑结构变频器控制拓扑结构变频器控制拓扑结构、变频器控制拓扑结构变频器控制拓扑结构变频器控制拓扑结构变频器控制拓扑结构 3 3 框图框图框图框图框图框图框图框图 开开电开 IGBT驱驱驱驱驱 电整电电 DSP 通通光光 MCU LED人人人人 串串通通 模模I/O 数数I/O 数数信信信信 模模信信 RS485通通 人 人 接 口 电电电电 + + 控制拓扑结构控制拓扑结构控制拓扑结构控制拓扑结构3特点特点特点特点控制拓扑结构控制拓扑结构控制拓扑结构控制拓扑结构控制拓扑结构控制拓扑结构控制拓扑结构控制拓扑结构 3 3 特点特点特点特点特点特点特点特点 1、双CPU控制（DSP+MCU） 2、驱动、检测、保护电路不需要隔离 3、控制拓扑结构（CT/ Siemens/MITSUBISHI） 4、特别适用于低成本变频器设计 二二二二、功率电路设计方案功率电路设计方案功率电路设计方案功率电路设计方案二二二二、功率电路设计方案功率电路设计方案功率电路设计方案功率电路设计方案二二二二、功率电路设计方案功率电路设计方案功率电路设计方案功率电路设计方案 1、输入保护电路 2、软启动电路 3、输入缺相检测电路 4、功率模块（整流、制动、逆变） 5、滤波电路（电解电容） 6、直流母线电压检测电路 7、输出电流检测保护电路 8、IGBT驱动电路 9、开关电源电路 1、输入保护电路输入保护电路输入保护电路输入保护电路 1 1 、输入保护电路输入保护电路输入保护电路输入保护电路、输入保护电路输入保护电路输入保护电路输入保护电路 压敏电阻（抑制电源浪涌）和高频电容（抑制尖峰 毛刺）组成 RV1RV2RV3C1 C2 C3 RV4RV5 RV6 L1 L2 L3 PE 输入保护电路简化形式输入保护电路简化形式输入保护电路简化形式输入保护电路简化形式输入保护电路简化形式输入保护电路简化形式输入保护电路简化形式输入保护电路简化形式输入保护电路简化形式输入保护电路简化形式输入保护电路简化形式输入保护电路简化形式 RV1 C1 LK1 L3 L2 PE L1 LK1 RV1 C1 L1 L2 L3 PE 2、软启动电路软启动电路软启动电路软启动电路 2 2 、软启动电路软启动电路软启动电路软启动电路、软启动电路软启动电路软启动电路软启动电路 作用：减小上电时对整流桥冲击 实现形式：1）取消；2）NTC电阻；3） NTC电阻 和继电器并联；4）线绕电阻和继电器并联；5） 线绕电阻和接触器并联；6）线绕电阻和SCR并联 ；7）半控整流 软软驱电软 +C? L1 L2 L3 软启动电路软启动电路软启动电路软启动电路（续续续续）软启动电路软启动电路软启动电路软启动电路（续续续续）软启动电路软启动电路软启动电路软启动电路（续续续续） 3、输入缺相检测电路输入缺相检测电路输入缺相检测电路输入缺相检测电路 3 3 、输入缺相检测电路输入缺相检测电路输入缺相检测电路输入缺相检测电路、输入缺相检测电路输入缺相检测电路输入缺相检测电路输入缺相检测电路 ?实现方案1 VCC DSP L1 L2 L3 输入缺相检测电路输入缺相检测电路输入缺相检测电路输入缺相检测电路（续续续续）输入缺相检测电路输入缺相检测电路输入缺相检测电路输入缺相检测电路（续续续续）输入缺相检测电路输入缺相检测电路输入缺相检测电路输入缺相检测电路（续续续续） ?实现方案2（双CPU控制） VDC DC BUS+ DC BUS- R465 R466 R399 C350 R467 4、功率模块功率模块功率模块功率模块 4 4 、功率模块功率模块功率模块功率模块、功率模块功率模块功率模块功率模块 整流部分：Semikron/ Ixys FRMS I FAV I FAVFRMS II= 2 )180()180( )120( 9 . 0 32 = FAVFAV FAV III dRMS I dAV I INRMSFRMSdRMS III=2 单相输入 INRMSFRMSdRMS III5 . 13= 三相输入 INRMS I 功率模块功率模块功率模块功率模块（续续续续1）功率模块功率模块功率模块功率模块（续续续续功率模块功率模块功率模块功率模块（续续续续 1 1 ） 逆变部分： 类型：IPM PIM IGBT 供应商:Eupec/ Infineon /Tyco/Mitsubishi /Fuji 主要参数：IC（注意TH、TC、TJ区别） VCE（sat)（注意随温度变化） VGE（th)（注意驱动关断电压波形） IC（SC）/ ts （注意限制条件及实际测试时间） trtf（注意驱动电阻条件） CIN/QG（注意驱动功率设计） FWD参数（EMC） 功率模块功率模块功率模块功率模块（续续续续2）功率模块功率模块功率模块功率模块（续续续续功率模块功率模块功率模块功率模块（续续续续 2 2 ） 制动部分 1、制动电阻选取 2、制动IGBT保护 3、制动电阻续流 5、滤波电路滤波电路滤波电路滤波电路 5 5 、滤波电路滤波电路滤波电路滤波电路、滤波电路滤波电路滤波电路滤波电路 电解电容 1）容量估算 经验估算：0.3IN(mF)单相 ；0.06IN(mF)三相 2）寿命计算 3）温度测试 4）纹波电流测试 5）串联均压设计 DCDC O dU dT U P C=理论估算： 6、直流母线电压检测电路直流母线电压检测电路直流母线电压检测电路直流母线电压检测电路 6 6 、直流母线电压检测电路直流母线电压检测电路直流母线电压检测电路直流母线电压检测电路、直流母线电压检测电路直流母线电压检测电路直流母线电压检测电路直流母线电压检测电路 方案1 DC BUS+ DC BUS- 线 线 光 光 线 线 DSP 直流母线电压检测电路直流母线电压检测电路直流母线电压检测电路直流母线电压检测电路（续续续续1）直流母线电压检测电路直流母线电压检测电路直流母线电压检测电路直流母线电压检测电路（续续续续直流母线电压检测电路直流母线电压检测电路直流母线电压检测电路直流母线电压检测电路（续续续续 1 1 ） DC BUS+ DC BUS- DSP + - + - 方案2 直流母线电压检测电路直流母线电压检测电路直流母线电压检测电路直流母线电压检测电路（续续续续2）直流母线电压检测电路直流母线电压检测电路直流母线电压检测电路直流母线电压检测电路（续续续续直流母线电压检测电路直流母线电压检测电路直流母线电压检测电路直流母线电压检测电路（续续续续 2 2 ） DC BUS+ DC BUS- PWM Controller VDC GND 方案3 直流母线电压检测电路直流母线电压检测电路直流母线电压检测电路直流母线电压检测电路（续续续续3）直流母线电压检测电路直流母线电压检测电路直流母线电压检测电路直流母线电压检测电路（续续续续直流母线电压检测电路直流母线电压检测电路直流母线电压检测电路直流母线电压检测电路（续续续续 3 3 ） 方案4（对双CPU控制） DC BUS- DC BUS+ DSP R465 R467 7、输出电流检测保护电路输出电流检测保护电路输出电流检测保护电路输出电流检测保护电路 7 7 、输出电流检测保护电路输出电流检测保护电路输出电流检测保护电路输出电流检测保护电路、输出电流检测保护电路输出电流检测保护电路输出电流检测保护电路输出电流检测保护电路 1、霍尔传感器 2、A7800/7840系列隔离放大器 3、分流器 IGBT直通保护 1、VCE保护 2、母线保护 A7800/7840系列电流检测方案系列电流检测方案系列电流检测方案系列电流检测方案A7800/7840A7800/7840系列电流检测方案系列电流检测方案系列电流检测方案系列电流检测方案系列电流检测方案系列电流检测方案系列电流检测方案系列电流检测方案 W1 W IW +5V GND5 +15V -15V +V3 +V3 GND5 +15V GND5 +5V GND5 C4 0.1uF/100V R75 10K-1/10W C65 1uF/50V C14 1uF/50V R40 68-1/10W C40 330p/100V R12 1K-1/4W-1210 C64 1uF/50V C10 0.01U/50V U2 HCPL7840 VDD1 1 VIN+ 2 VIN- 3 GND1 4 GND2 5 VOUT- 6 VOUT+ 7 VDD2 8 R53 2K-1/10W C22 330p/100V R54 2K-1/10W + - U7B TL0825 6 7 84 R78 10K-1/10W D24 5.1V C83 100p/200V D50 MMBD7000LT1 2 1 3 IW 1 C92 0.1uF/50V C90 0.1uF/50V C93 0.1uF/50V 8、IGBT驱动电路驱动电路驱动电路驱动电路 8 8 、IGBTIGBT驱动电路驱动电路驱动电路驱动电路驱动电路驱动电路驱动电路驱动电路 高低中成本 高低中驱动要求 100kV/uS15kV/uS75kV/uSdV/dt 1PF1-5PF5-20PF耦合电容 无无有占空比限制 单向/双向单向双向传输方向 1700V1700V1700V适用功率模块 电压等级 光纤光耦脉冲变压器 1）电路方案选择隔离驱动电路 光藕或光藕加推挽放大电路 脉冲变压器 光纤 IGBT驱动电路驱动电路驱动电路驱动电路（续续续续1）IGBTIGBT驱动电路驱动电路驱动电路驱动电路（续续续续驱动电路驱动电路驱动电路驱动电路（续续续续 1 1 ） 电路方案选择不隔离驱动电路（电平转换） a、驱动芯片 IR-IR21064S（SIEMENS MM420 220V-0.75KW） IR-IR2117S （CT SE1 220V-0.4KW上桥驱动） ON-MC33152 （CT SE1 220V-0.4KW下桥驱动） TELCOM -TC4427 （CT SE2 380V-4KW下桥驱动） ST-L6385D （EUPEC EASYPIM DRIVER ） b、分立元件 IGBT驱动电路驱动电路驱动电路驱动电路（续续续续2）IGBTIGBT驱动电路驱动电路驱动电路驱动电路（续续续续驱动电路驱动电路驱动电路驱动电路（续续续续 2 2 ） 2）驱动电源产生 独立隔离4/6组电源/自举电源/电源幅值/极性考虑等 3）驱动电路设计 驱动电阻/限幅/干扰抑制/密勒效应嵌位等 9、开关电源电路开关电源电路开关电源电路开关电源电路 9 9 、开关电源电路开关电源电路开关电源电路开关电源电路、开关电源电路开关电源电路开关电源电路开关电源电路 拓扑结构 单端反激（Flyback），其特点最适合应用在变频器辅助电源 设计。 R CLK Q SVREF VFB VCOMPVERROR VSENSE + - + - R3 T1 + C1 R1 R2 开关电源电路设计点开关电源电路设计点开关电源电路设计点开关电源电路设计点1开关电源电路设计点开关电源电路设计点开关电源电路设计点开关电源电路设计点开关电源电路设计点开关电源电路设计点开关电源电路设计点开关电源电路设计点 1 1 ?输出短路保护 DC_BUS+ DC_BUS- R2 U4 UC2844 VREF 8 RTCT 4 VFB 2 COM 1 GND 5 CURRIN 3 OUT 6 VCC 7 D3 12 R1 C1 T? 1 3 4 2 5 6 8 7 开关电源电路设计点开关电源电路设计点开关电源电路设计点开关电源电路设计点2开关电源电路设计点开关电源电路设计点开关电源电路设计点开关电源电路设计点开关电源电路设计点开关电源电路设计点开关电源电路设计点开关电源电路设计点 2 2 ?误差放大补偿设计 +5V R1 R2 R3 C1 U1 UC3844 VFB 2 COMP 1 GND 5 VCC 61 8 R3C1 R1 R2 C2 R4 WHY误差放大补偿设计误差放大补偿设计误差放大补偿设计误差放大补偿设计WHYWHY误差放大补偿设计误差放大补偿设计误差放大补偿设计误差放大补偿设计误差放大补偿设计误差放大补偿设计误差放大补偿设计误