王亞波
SIEMENS西門子電源模塊6ES7288-3AQ04-0AA0
成高潮。變頻空調(diào)除了變頻電源外,還要求有適合于變頻調(diào)速的壓縮機(jī)電機(jī)。優(yōu)化控制策略,精選功能組件,是空調(diào)變頻電源研制的進(jìn)一步發(fā)展方向。
圖3.用關(guān)聯(lián)二極管來(lái)控制過(guò)渡時(shí)間
開關(guān)節(jié)點(diǎn)的物理回路面積對(duì)于控制電磁干擾也非常重要。通常,出于PCB面積的考慮,設(shè)計(jì)者都希望結(jié)構(gòu)越緊湊越好,但是許多設(shè)計(jì)人員并不知道哪部分布局對(duì)電磁干擾的影響Z大?;氐街暗慕祲悍€(wěn)壓器例子上,該例中有兩個(gè)回路節(jié)點(diǎn)(如圖4和圖5所示),它們的尺寸會(huì)直接影響到電磁干擾水平。
從公式2可以看出,減小開關(guān)節(jié)點(diǎn)的回路面積會(huì)有效降低電磁干擾水平。如果回路面積減小為原來(lái)的3倍,電磁干擾會(huì)降低9.5dB,如果減小為原來(lái)的10倍,則會(huì)降低20 dB。設(shè)計(jì)時(shí),Z從Z小化圖4和圖5所示的兩個(gè)回路節(jié)點(diǎn)的回路面積著手,細(xì)致考慮器件的布局問(wèn)題,同時(shí)注意銅線連接問(wèn)題。盡量避免同時(shí)PCB的兩面,因?yàn)橥讜?huì)使電感顯著增高,進(jìn)而帶來(lái)其他問(wèn)題。
恰當(dāng)放置高頻輸入和輸出電容器的重要性常被忽略。若干年以前,我所在的公司曾把我們的產(chǎn)品設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)讓給國(guó)外制造商。結(jié)果,我的工作職責(zé)也發(fā)生了很大變化,我成了一名顧問(wèn),幫助電源設(shè)計(jì)新手解決文中提到的一系列需要權(quán)衡的事宜及其他眾多問(wèn)題。這里有一個(gè)含有集成鎮(zhèn)流器的離線式開關(guān)的設(shè)計(jì)例子:設(shè)計(jì)人員希望降低Z終功率級(jí)中的電磁干擾。我簡(jiǎn)單地將高頻輸出電容器移動(dòng)到更靠近輸出級(jí)的位置,其回路面積就大約只剩原來(lái)的一半,而電磁干擾就降低了約 6dB。而這位設(shè)計(jì)者顯然不太懂得其中的道理,他稱那個(gè)電容為"魔法帽子",而事實(shí)上我們只是減小了開關(guān)節(jié)點(diǎn)的回路面積。
還有一點(diǎn)至重要的,新改進(jìn)的電路產(chǎn)生的問(wèn)題可能比原的還要嚴(yán)重。換句話說(shuō),盡管延長(zhǎng)過(guò)渡時(shí)間可以減少電磁干擾,但其引起的熱效應(yīng)也隨之成為重要的問(wèn)題。有一種控制電磁干擾的方法是用全集成電源模塊代替?zhèn)鹘y(tǒng)的直流到直流轉(zhuǎn)換器。電源模塊是含有全集成功率晶體管和電感的開關(guān)穩(wěn)壓器,它和線性穩(wěn)壓器一樣可以很輕松地融入系統(tǒng)設(shè)計(jì)中。模塊開關(guān)節(jié)點(diǎn)的回路面積遠(yuǎn)小于相似尺寸的穩(wěn)壓器或控制器,電源模塊并不是新生事物,它的面世已經(jīng)有一段時(shí)間了,但是,由于一系列問(wèn)題,模塊仍無(wú)法有效
散熱,且一經(jīng)安裝后就無(wú)法更改。諧波系列的電磁干擾幅度受Q1和Q2的通斷影響。在測(cè)量漏源電壓VDS的上升時(shí)間tr和下降時(shí)間tf,或流經(jīng)Q1和Q2的電流上升率di/dt 時(shí),可以很明顯看到這一點(diǎn)。這也表示,我們可以很簡(jiǎn)單地通過(guò)減緩Q1或Q2的通斷速度來(lái)降低電磁干擾水平。事實(shí)正是如此,延長(zhǎng)開關(guān)時(shí)間的確對(duì)頻率高于 f=1/πtr的諧波有很大影響。不過(guò),此時(shí)必須在增加散熱和降低損耗間進(jìn)行折中。盡管如此,對(duì)這些參數(shù)加以控制仍是一個(gè)好方法,它有助于在電磁干擾和熱間取得平衡。具體可以通過(guò)增加一個(gè)小阻值電阻(通常小于5Ω)實(shí)現(xiàn),該電阻與Q1和Q2的柵極串聯(lián)即可控制tr和tf,你也可以給柵極電阻串聯(lián)一個(gè) "關(guān)斷二極管"來(lái)獨(dú)立控制過(guò)渡時(shí)間tr或tf(見圖3)。這其實(shí)是一個(gè)迭代過(guò)程,甚至連經(jīng)驗(yàn)Z的電源設(shè)計(jì)人員都這種方法。我們的Z終目標(biāo)是通過(guò)放慢晶體管的通斷速度,使電磁干擾降低至可接受的水平,同時(shí)保證其溫度足夠低以確保穩(wěn)定性。
變頻器電源主要用于交流電機(jī)的變頻調(diào)速,其在電氣傳動(dòng)系統(tǒng)中占據(jù)的地位日趨重要,已獲得巨大的節(jié)能。變頻器電源主電路均采用交流-直流-交流方案。工頻電源通過(guò)整流器變成固定的直流電壓,然后由大功率晶體管或IGBT組成的PWM高頻變換器, 將直流電壓逆變成電壓、頻率可變的交流輸出,電源輸出波形近似于正弦波,用于驅(qū)動(dòng)交流異步電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。
上400kVA以下的變頻器電源系列產(chǎn)品已經(jīng)問(wèn)世。八十年代初期,日本東芝公司將交流變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于空調(diào)器中。至1997年,其占有率已達(dá)到日本家用空調(diào)的70%以上。變頻空調(diào)具有舒適、節(jié)能等。于90年代初期開始研究變頻空調(diào),96年引進(jìn)生產(chǎn)線生產(chǎn)變頻空調(diào)器,逐漸形成變頻空調(diào)開發(fā)生產(chǎn)熱點(diǎn)。預(yù)計(jì)到2000年左右將形
SIEMENS西門子電源模塊6ES7288-3AQ04-0AA0