大功率DC电源(05-100)

　　电流馈电转换器特性

　　电流馈电转换器是电压馈电转换器的电对偶。如图2所示，电流馈电转换器由H桥、IGBT Q1~Q4、电源变压器T1和输出整流器二极管D5~D8组成。必须用另外功率电子电路产生输入电流源。

　　通常的做法是需要电感器L1以保证在较高频率有高抗阻总线。电流馈电转换器不像电压馈电转换器，其输出滤波器由单个元件(电容器C1)组成。

　　电流馈电转换器工作的电压和电流波形与电压馈电转换器工作模式互换。工作要求IGBT Q1~Q4为PWM工作，但在工作时限定Q1和Q3或Q2和Q4决不允许同时处在非导通状态。

　　这种限定可保证H桥的输入阻抗总是限定的。另外，电流源馈入开路电流将产生一个破坏高电压。变压器次级上的平均整流电流产生一个正比于IGBT导通周期的DC输出电流。

　　由电流PWM波形激励的变压器T1基本上敏感于导通电压变化、上升和下降时间差和错误的开关状态。用电流馈电转换器，可避免磁芯饱和，只要安匝激励是在正常工作的限制内(甚至电流是DC)就行。

　　电流馈电转换器有一个缺点：电流源不是现有的，必须从电压源产生。采用降压转换器或斩波器是显而易见的选择，这是因为它们在功率半导体中是非常有效的。

　　用这个附加的功率转换级，可以把控制放置在电流馈电转换器、斩波器或两者之中。图3示出包括3相输入整流器、斩波器、电流馈电转换器和输出整流器的大功率转换器。

 

　　图3 整流器、斩波器和电流馈电转换器

　　与输入斩波器组合的电流馈电转换器的新颖特性是在反常工作条件下的性能。变压器T1，IGBT Q1~Q5和二极管D1~D8都可工作在短路状态，具有系统级保护。

　　在这样的条件下，电流的上升率是加在电感器L1上电压的函数。电感器L1典型值以保持峰—峰纹波电流在最大值系数内为准。只要在斩波器开关转换期间发生系统停机，就可以很好地控制峰值电流。允许延长失效检测周期可使失效保护电路良好滤波，使得在高电子噪声环境下有可靠无噪扰跳闸工作。

　　用斩波器和电流馈电转换器组合，电路可以相互保护来自非正常大电流。由斩波器停机可以保护转换器级中的失效，而由电流馈电转换器停机可以保护斩波器中的失效。

　　在电路中加闭锁二极管D16可以避免上述电流馈电转换器开关转换状态下的限制。此元件为IGBT Q1和Q3或Q2和Q4提供器件关闭时的电流返回通路。二极管D16箝位H桥最大关闭电压到跨接在电容器上的电压。

　　结语

　　电压馈电转换器通常具有跨接在输入电容器上的串联连接功率器件。非正常开关转换状态可能使器件同时导通，引起电流迅速增大。另外，电压馈电转换器可产生DC偏移，导致主变压器磁芯饱和。

　　在这些条件下为了保护功率半导体器件，需要高速失效检测。在高噪声环境下保护功率半导体器件是困难的。

　　电流馈电转换器是电压馈电转换器的电对偶，喜欢短路状态而不是工作的开路状态。这种拓扑不可能产生快速上升电流尖峰，在错误条件下也可能引起磁芯饱和。电流馈电转换器工作具有SCR基电源的坚固性，但在高频需要附加的功率处理级来控制和增强系统保护。■(京湘)