备用电源自动投入--IGBT

双电源切换方案一．总体描述本方案为XXXX公司工程双电源切换装置改造设计。原切换装置主电路主控器件是三相SSR模块，控制电压5-30V直流，控制电流20-40mA，基本能够实现快速切换要求。原装置的主要缺点是漏电流大，10mA以上，且随输出电流的增加而增加，影响装置的整体性能。本方案拟用IGBT开关器件，取代SSR模块，既能解决漏电流问题，又能保证快速切换，IGBT的通断控制逻辑由原控制器控制。二．方案主回路示意及原理说明上图中：IGBT代替原固态继电器SSR模块，设常用电源为1路，备用电源为2路：1．控制器检测到常用电源正常时，发脉冲触发第1路电源的IGBT导通；2．常用电源1路失电时，控制器触发第2路电源的IGBT导通；3．常用电源恢复后，系统返回为第1路IGBT导通。每相设IGBT两只，共12只：1．第一路电源正常情况下，正半波时，正向IGBT：T1、T3、T5导通，负半波时，反向IGBT：T2、T4、T6导通。2．第二路电源起作用时，正半波时，正向IGBT：T7、T9、T11导通，负半波时，反向IGBT：T8、T10、T12导通。3．IGBT内部的反并联续流二极管为电流通路。三．IGBT器件选型按照负载技术要求：额定工作电流250A（AC有效值），额定电压400V（AC有效值），最高耐压1200V（AC有效值），考虑一定裕量，选取西门康IGBT，型号SKM600GA176T4，额定电压1200V，额定电流400A，详细技术参数见下表：参数单位数值备注IGBT1VCESV1700击穿电压2ICnomA400额定电流3VisotV4000绝缘电压4VgesV-20--20触发电压5Vce(sat)V2饱和管压降（typ）6IcesmA0.6(max)漏电流（1700V）7Rth(j-c)K/W0.044结壳热阻二极管1ICnomA41080摄氏度四．过压吸收及漏电流考虑IGBT在关断时，回路电流突变，由于线路电感作用，会产生很高的感应电势，必须配备相应的过压吸收回路，才能确保IGBT不被击穿。本方案考虑配置RC及非线性电阻两套及收回路。考虑漏电流不能太大，所以RC时间常数选取较小，非线性电阻为后备保护。为减小非线性阻负荷率，取为1700V，所以IGBT电压等级提高为1700V。1．吸收回路原理图，每相1套，共6套R1、R2：20Ω/20WC1、C2：0.1uF/1200VRV1、RV2：1200V/20KA2．漏电流64004006.2823140.11063.7VImAk小于技术规范规定10mA3．非线性电阻负荷率4002565.70.4712001200小于非线性电阻规范要求0.5五．IGBT驱动1．见原理图，每组IGBT（T1-T6或T7-T12）是同时导通，所以12只IGBT只需2路驱动信号，取自原控制器驱动信号；原“驱动1”同时触发T1-T6，原“驱动2”同时触发T7-T12。2．每相的两只IGBT发射极直接相连，可以共用一个驱动信号，所以，12只IGBT一共只需6块驱动板，如图“驱动板1”至“驱动板6”。3．驱动电源与IGBT发射极在电气上直接相连无隔离，所以6块驱动板的电源需要单独配置，共需6块电源模块，型号PDP15AC220V/±15V。4．6块电源模块的电源输入取自两路主电源（常用电源/备用电源），两路AC220V电源整流隔离后供给电源模块。因为原控制器电源为两路电源组合，故考虑此处电源直接取自原控制器更简单直观。5．原理示意图如下：驱动原理图见附图。六．热设计以常用电源A相为例，正半波时，T1的源漏极导通，T2的反向二极管导通；负半波时，T2的源漏极导通，T1的反向二极管导通。每周期每只IGBT的电流、电压波形如下：1．功耗计算：单只IGBT的功耗：125022501.746322PW两只IGBT的功耗为：24632926PW2．散热器选择取消大功率、高噪声风机，选用热管散热器SRH02Z，每只热管安装2只IGBT，正反面压接。共6只热管散热器。散热器主要参数：参数单位数值额定功耗W1000稳态热阻K/W0.05尺寸mm970×275×1803．温升计算散热器温升：29260.0546.3sasaTPRK元件结温：1()46.3404630.04473.8107jcsaathjcTTTTPRC元件结温小于125度，满足要求。