开关电源应用之一种电除尘器用智能高压逆变直流电源的研制
引言
跟着工业粉尘及废气排放量的日益添加，其对环境的污染也越来越严重，特别是在冶金、矿山、建材、化工等职业中。众所周知，运用静电除尘器能够有效地搜集起这些粉尘，可是，惯例的高压静电除尘设备体积巨大、笨重，运用不便利，因而，减小高压静电除尘设备的体积与分量就显得尤为重要。
这些年，伴跟着电力电子技能的飞速发展，特别是新一代功率电子器件如IGBT,MOSFET等的运用，高频逆变技能越来越老练，各种不一样类型和特色的电路广泛地被运用于DC/DC与DC/AC等场合。在这一前提下，规划一种高压逆变电源替代惯例高压电源，到达减小高压电源设备的体积与分量的目的已成为能够。一起其运用效果、输出特性和本钱等也都比惯例高压电源设备具有显着的优势，体系功率也得到了必定程度的进步。
1 体系硬件规划
1.1 电源主体布局
图1所示为高压逆变电源的电路构成框图，它首要包含主电路及操控电路两有些。主电路首要包含配电开关、工频整流器、斩波器、滤波器、IGBT桥式逆变器、维护电路、高频高压变压器、高频高压硅堆（高频整流器）等有些。操控电路首要包含电流、电压、火花率采样及其处理单元，PWM信号发作和驱动电路，单片机操控器，参数输入键盘及液晶显示，通讯接口等有些。
图1 电源布局图
1.2 主电路的作业机理
主电路的作业原理如图2所示，高频逆变器中的功率开关管选用IGBT（绝缘栅双极晶体管）。它是将MOSFET和GTR的长处集于一体的新式复合器件，具有MOSFET的高输入阻抗、可用电压驱动，GTR的通态功耗低一级长处。
图2 主电路原理图
图2中沟通电压经整流—斩波器调压—滤波后得到直流电压U1，将U1加到全桥式高频逆变器上。D1～D4与功率开关管S1～S4反向并联，接受负载发作的反向电流以维护开关管。C1～C4及R3～R6以及D5～D8的引进是为了避免4个开关管在关断时过高的电压上升率和削减管子的关断损耗。当栅极脉冲信号轮番驱动S1、S4或S2、S3时，逆变主电路把直流电压U1变换为20kHz的高频矩形波沟通电压送到高频高压变压器，经升压整流滤波后给负载（电除尘器）供电。操控S1、S4和S2、S3两组IGBT的占空比，就可得到脉宽可调的矩形波沟通电压。
1.3 操控电路的作业机理
1.3.1 单片机操控器
为了使整个电源体系具有自诊断和人机交换式的操控功用，该电源选用PHILIPS系列单片机80C552，首要担任实时监控和与上位机进行数据通讯的使命。当除尘器处在作业状况时，单片机一方面守时收集其反应的电流电压值，经过A/D变换通道将其读入，并经过必定算法得出操控量Uk，经过单片机输出操控量给脉宽调制操控器，进而改动调制脉冲宽度；另一方面能够完成依据用户的需要改动电源的外特性，如恒流，恒压，缓降等。另外，单片机还定时地将本电源的输出电流、输出电压、火花率等信息传递给上位机，将毛病信息由串口发向上位机，以示正告，一起接纳来自上位机的操控指令，使本身投入或退出作业或改动作业参数。
1.3.2 脉宽调制操控器
脉宽调制操控器电路如图3所示，它的效果首要是为驱动电路供给操控脉冲以完成PWM操控。其中心是发作PWM信号的专用集成芯片SG3525A。SG3525A是电压型PWM集成操控器，外接元器件少，性能好，具有外同步、软启动、死区调理、欠压断定、差错扩大以及封闭输出驱动信号等功用。其内部布局首要包含基准电压源、欠压断定电路、锯齿波振荡器、差错扩大器和脉宽调制对比器5有些。
图3 脉宽调制操控电路
2 体系软件规划
各电源模块的单片机都有独立的主程序以及与上位机的通讯程序，数据收集子程序等。限于篇幅，这篇文章只评论电源模块的主程序及通讯子程序的软件布局。主程序流程图如图4所示，数据通讯子程序流程图如图5所示。
图4 主程序流程图
图5 数据通讯子程序流程图
电源模块的软件首要完成以下功用：接纳上位机发送的数据和指令；向上位机传递数据；完成对电源输出的实时监控；依据用户需要进行各种外特性的操控。
3 试验及剖析
3.1 主逆变桥PWM调理对功率影响研讨及规范调理方法的断定
如图6所示，该电源在输入电压一样的情况下，占空比<50％时，跟着占空比的增大，功率也增大；在占空比>50％时，跟着占空比的增大，功率下降。由此可见，假如大范围地进行占空比调理，将会使电源进入功率很低的区域，而占空比在40％～70％时，功率较高。为此经过调理斩波电路占空比的方法操控直流母线电压，能够到达高功率的目的。
图6 不一样占空比时的功率曲线
3.2 现场试验测验
试验条件：电除尘器极板面积250m2，极距离150mm，占空比60％，频率18.6kHz。
试验成果：图7为输出电压与输入电压的对应联系，图8为输出电流与输入电压的对应联系。当输出电压到达58kV（此时电流82mA）时除尘器开端发作闪络表象,到达了规划需求。
图7 输出电压与输入电压联系
图8 输出电流与输入电压联系
4 结语
1）经过主逆变桥PWM调理对功率影响研讨所断定的，由斩波电路对直流母线电压进行调理的方法是可行的；
2）该电源在大大减小体积的一起分量也大为削减，较传统的电源而言其对电能的利用率也有所进步，对除尘器的操控也比传统的电源便利，一起还可和工控机进行数据通讯，完成了对除尘器的长途操控。
以上由开关电源公司提供！
跟着工业粉尘及废气排放量的日益添加，其对环境的污染也越来越严重，特别是在冶金、矿山、建材、化工等职业中。众所周知，运用静电除尘器能够有效地搜集起这些粉尘，可是，惯例的高压静电除尘设备体积巨大、笨重，运用不便利，因而，减小高压静电除尘设备的体积与分量就显得尤为重要。
这些年，伴跟着电力电子技能的飞速发展，特别是新一代功率电子器件如IGBT,MOSFET等的运用，高频逆变技能越来越老练，各种不一样类型和特色的电路广泛地被运用于DC/DC与DC/AC等场合。在这一前提下，规划一种高压逆变电源替代惯例高压电源，到达减小高压电源设备的体积与分量的目的已成为能够。一起其运用效果、输出特性和本钱等也都比惯例高压电源设备具有显着的优势，体系功率也得到了必定程度的进步。
1 体系硬件规划
1.1 电源主体布局
图1所示为高压逆变电源的电路构成框图，它首要包含主电路及操控电路两有些。主电路首要包含配电开关、工频整流器、斩波器、滤波器、IGBT桥式逆变器、维护电路、高频高压变压器、高频高压硅堆（高频整流器）等有些。操控电路首要包含电流、电压、火花率采样及其处理单元，PWM信号发作和驱动电路，单片机操控器，参数输入键盘及液晶显示，通讯接口等有些。
图1 电源布局图
1.2 主电路的作业机理
主电路的作业原理如图2所示，高频逆变器中的功率开关管选用IGBT（绝缘栅双极晶体管）。它是将MOSFET和GTR的长处集于一体的新式复合器件，具有MOSFET的高输入阻抗、可用电压驱动，GTR的通态功耗低一级长处。
图2 主电路原理图
图2中沟通电压经整流—斩波器调压—滤波后得到直流电压U1，将U1加到全桥式高频逆变器上。D1～D4与功率开关管S1～S4反向并联，接受负载发作的反向电流以维护开关管。C1～C4及R3～R6以及D5～D8的引进是为了避免4个开关管在关断时过高的电压上升率和削减管子的关断损耗。当栅极脉冲信号轮番驱动S1、S4或S2、S3时，逆变主电路把直流电压U1变换为20kHz的高频矩形波沟通电压送到高频高压变压器，经升压整流滤波后给负载（电除尘器）供电。操控S1、S4和S2、S3两组IGBT的占空比，就可得到脉宽可调的矩形波沟通电压。
1.3 操控电路的作业机理
1.3.1 单片机操控器
为了使整个电源体系具有自诊断和人机交换式的操控功用，该电源选用PHILIPS系列单片机80C552，首要担任实时监控和与上位机进行数据通讯的使命。当除尘器处在作业状况时，单片机一方面守时收集其反应的电流电压值，经过A/D变换通道将其读入，并经过必定算法得出操控量Uk，经过单片机输出操控量给脉宽调制操控器，进而改动调制脉冲宽度；另一方面能够完成依据用户的需要改动电源的外特性，如恒流，恒压，缓降等。另外，单片机还定时地将本电源的输出电流、输出电压、火花率等信息传递给上位机，将毛病信息由串口发向上位机，以示正告，一起接纳来自上位机的操控指令，使本身投入或退出作业或改动作业参数。
1.3.2 脉宽调制操控器
脉宽调制操控器电路如图3所示，它的效果首要是为驱动电路供给操控脉冲以完成PWM操控。其中心是发作PWM信号的专用集成芯片SG3525A。SG3525A是电压型PWM集成操控器，外接元器件少，性能好，具有外同步、软启动、死区调理、欠压断定、差错扩大以及封闭输出驱动信号等功用。其内部布局首要包含基准电压源、欠压断定电路、锯齿波振荡器、差错扩大器和脉宽调制对比器5有些。
图3 脉宽调制操控电路
2 体系软件规划
各电源模块的单片机都有独立的主程序以及与上位机的通讯程序，数据收集子程序等。限于篇幅，这篇文章只评论电源模块的主程序及通讯子程序的软件布局。主程序流程图如图4所示，数据通讯子程序流程图如图5所示。
图4 主程序流程图
图5 数据通讯子程序流程图
电源模块的软件首要完成以下功用：接纳上位机发送的数据和指令；向上位机传递数据；完成对电源输出的实时监控；依据用户需要进行各种外特性的操控。
3 试验及剖析
3.1 主逆变桥PWM调理对功率影响研讨及规范调理方法的断定
如图6所示，该电源在输入电压一样的情况下，占空比<50％时，跟着占空比的增大，功率也增大；在占空比>50％时，跟着占空比的增大，功率下降。由此可见，假如大范围地进行占空比调理，将会使电源进入功率很低的区域，而占空比在40％～70％时，功率较高。为此经过调理斩波电路占空比的方法操控直流母线电压，能够到达高功率的目的。
图6 不一样占空比时的功率曲线
3.2 现场试验测验
试验条件：电除尘器极板面积250m2，极距离150mm，占空比60％，频率18.6kHz。
试验成果：图7为输出电压与输入电压的对应联系，图8为输出电流与输入电压的对应联系。当输出电压到达58kV（此时电流82mA）时除尘器开端发作闪络表象,到达了规划需求。
图7 输出电压与输入电压联系
图8 输出电流与输入电压联系
4 结语
1）经过主逆变桥PWM调理对功率影响研讨所断定的，由斩波电路对直流母线电压进行调理的方法是可行的；
2）该电源在大大减小体积的一起分量也大为削减，较传统的电源而言其对电能的利用率也有所进步，对除尘器的操控也比传统的电源便利，一起还可和工控机进行数据通讯，完成了对除尘器的长途操控。
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