基于IGBT器件的电源及供电方法与流程

本申请涉及电源，尤其是涉及一种基于igbt器件的电源。

背景技术：

1、目前，igbt是目前先进的大功率半导体之一，脉冲电磁铁电源通常采用开环控制开关器件的通断实现输出电流，开环控制速度快，输出电流波形精度差，振铃大，不能进行可编程波形的控制。采用闭环控制可保证输出电流波形的精度，也可实现可编程波形的控制。

2、大功率半导体器件可工作在线性方式，也可工作在开关方式。若采用开关工作方式，要实现高摆率、高跟踪精度、高稳定度、高带宽，则电源的开关频率要高达兆赫兹，大功率igbt单管开关工作频率通常10khz～20khz，必须要多重化控制，导致电源体积庞大、系统复杂、可靠性低、工作性能低下、价格高等劣势。

技术实现思路

1、为了提高电源的工作性能，本申请提供了一种基于igbt器件的电源。

2、本申请提供的一种基于igbt器件的电源，采用如下的技术方案：

3、第一方面，提供一种基于igbt器件的电源，应用于需要产生脉冲磁信号的电磁铁，包括依次连接的配电单元、直流源、igbt功率单元、双绞馈线电缆和电磁铁；还包括与所述igbt功率单元连接，并控制所述igbt单元的工作状态的控制单元；

4、配电单元，用于接入市电，并将抑制了电磁干扰的交流信号发送给直流源；

5、直流源，用于将所述交流信号转换为直流信号，并发送给igbt功率单元；

6、igbt功率单元，用于将直流源输出的直流信号，在控制单元的控制下，转换为脉冲电信号发送给双绞馈线电缆；

7、双绞馈线电缆，用于将所述igbt功率单元输出的脉冲电信号发送给电磁铁；

8、电磁铁，用于将双绞馈线电缆发送过来的脉冲电信号转换为脉冲磁信号。

9、优选的，所述配电单元，包括：依次连接的输入端子、断路器及接触器、emi器件；所述输入端子，用于将所述市电接入所述基于igbt器件的电源；

10、所述断路器及接触器，用于在所述基于igbt器件的电源的过载或短路时断开连接，以及在市电处于正常范围时保持市电接入所述基于igbt器件的电源；

11、所述emi器件，用于将滤除电磁干扰的交流信号发送给直流源。

12、优选的，所述直流源，包括串联在一起的n个所述ac/dc转换器；所述n个ac/dc转换器均分别接收所述配电单元输出的交流信号，并各自转换为m伏的直流信号；所述n个ac/dc转换器的输出端输出n×m伏直流信号至igbt功率单元。

13、优选的，所述igbt功率单元，包括：储能电容c1、igbt器件和采样电阻r1；所述igbt器件的发射极和采样电阻r1串联在一起；所述储能电容c1的两端并联在所述igbt器件的集电极和采样电阻r1的两端，所述控制单元与所述igbt器件的栅极和发射极分别连接；

14、所述储能电容c1，用于储蓄所述直流源输出的电能，并在所述处于线性工作区工作的igbt器件在输出脉冲电信号时释放所述电能；

15、所述igbt器件，用于在所述控制单元的控制下输出脉冲电信号给所述双绞馈线电缆；

16、所述采样电阻r1，用于采样流过所述igbt器件发射极的电流，并发送给控制单元。

17、优选的，所述igbt功率单元，还包括：用于防止异常尖峰电压损伤igbt器件的压敏电阻；所述压敏电阻的一端与所述igbt器件的集电极连接，所述压敏电阻的另一端与所述直流源的输出端连接。

18、优选的，所述igbt功率单元，还包括：用于防止异常大电流损伤igbt器件的熔断器；所述熔断器的一端与所述igbt器件的集电极连接，所述熔断器的另一端与所述直流源的输出端连接。

19、优选的，所述igbt功率单元，还包括：串联在一起的用于防止异常尖峰电压损伤igbt器件的压敏电阻和用于防止异常大电流损伤igbt器件的熔断器；所述压敏电阻的一端与所述直流源的输出端连接，所述压敏电阻的另一端与所述熔断器的一端连接，所述熔断器的另一端与所述igbt器件的集电极连接。

20、优选的，所述控制单元，包括：滤波单元、驱动单元、pi调节器和运算单元；

21、所述滤波单元，用于接收流经采样电阻r1形成的电压，并降低共模干扰；所述滤波单元的输入端连接采样电阻r1的一端，输出端连接运算单元的反相输入端；

22、所述运算单元，用于将参考电流iref和滤波单元输出的反馈电流io_f相减，得到差值电流；所述运算单元的正相输入端接收参考电流iref，所述运算单元的输出端连接所述pi调节器的输入端；

23、pi调节器，用于利用所述差值电流作为输入，获得比例积分后的控制信号；所述pi调节器的输出端连接所述驱动单元的输入端；

24、驱动单元，用于将所述控制信号驱动放大，输出给所述igbt器件的栅极；所述驱动单元的输出端连接所述igbt器件的栅极。

25、第二方面，还提供一种基于igbt的电源供电方法，应用于需要产生脉冲磁信号的电磁铁，包括：

26、配电单元将市电抑制了电磁干扰的交流信号发送给直流源；

27、直流源将所述交流信号转换为直流信号，并发送给igbt功率单元；

28、igbt功率单元将直流源输出的直流信号，在控制单元的控制下，转换为脉冲电信号发送给双绞馈线电缆；

29、双绞馈线电缆将所述igbt功率单元输出的脉冲电信号发送给电磁铁；

30、电磁铁将双绞馈线电缆发送过来的脉冲电信号转换为脉冲磁信号。

31、优选的，所述igbt功率单元中的igbt工作于线性工作区。

32、综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

33、1.采用igbt器件工作在线性工作区，电源体积小、系统简单、可靠性高、价格低，性能更好；

34、2.采用闭环控制可保证输出电流波形的精度。

技术特征：

1.一种基于igbt器件的电源，应用于需要产生脉冲磁信号的电磁铁，其特征在于，包括依次连接的配电单元(1)、直流源(2)、igbt功率单元(3)、双绞馈线电缆(4)和电磁铁(5)；还包括与所述igbt功率单元(3)连接，并控制所述igbt单元的工作状态的控制单元(6)；

2.根据权利要求1所述的基于igbt器件的电源，其特征在于，所述配电单元(1)，包括：

3.根据权利要求1所述的基于igbt器件的电源，其特征在于，所述直流源(2)，包括串联在一起的n个所述ac/dc转换器；所述n个ac/dc转换器均分别接收所述配电单元输出的交流信号，并各自转换为m伏的直流信号；所述n个ac/dc转换器的输出端输出n×m伏直流信号至igbt功率单元。

4.根据权利要求1所述的基于igbt器件的电源，其特征在于，所述igbt功率单元(3)，包括：储能电容c1、igbt器件和采样电阻r1；所述igbt器件的发射极和采样电阻r1串联在一起；所述储能电容c1的两端并联在所述igbt器件的集电极和采样电阻r1的两端，所述控制单元与所述igbt器件的栅极和发射极分别连接；

5.根据权利要求4所述的基于igbt器件的电源，其特征在于，所述igbt功率单元(3)，还包括：用于防止异常尖峰电压损伤igbt器件的压敏电阻；所述压敏电阻的一端与所述igbt器件的集电极连接，所述压敏电阻的另一端与所述直流源的输出端连接。

6.根据权利要求4所述的基于igbt器件的电源，其特征在于，所述igbt功率单元(3)，还包括：用于防止异常大电流损伤igbt器件的熔断器；所述熔断器的一端与所述igbt器件的集电极连接，所述熔断器的另一端与所述直流源的输出端连接。

7.根据权利要求4所述的基于igbt器件的电源，其特征在于，所述igbt功率单元(3)，还包括：串联在一起的用于防止异常尖峰电压损伤igbt器件的压敏电阻和用于防止异常大电流损伤igbt器件的熔断器；所述压敏电阻的一端与所述直流源的输出端连接，所述压敏电阻的另一端与所述熔断器的一端连接，所述熔断器的另一端与所述igbt器件的集电极连接。

8.根据权利要求4所述的基于igbt器件的电源，其特征在于，所述控制单元(6)，包括：

9.一种基于igbt的电源供电方法，应用于需要产生脉冲磁信号的电磁铁，其特征在于，包括：

10.根据权利要求9所述的基于igbt的电源供电方法，其特征在于，所述igbt功率单元中的igbt工作于线性工作区。

技术总结
本申请涉及电源技术领域，基于IGBT器件的电源及供电方法，应用于需要产生脉冲磁信号的电磁铁，包括依次连接的配电单元、直流源、IGBT功率单元、双绞馈线电缆和电磁铁；还包括与所述IGBT功率单元连接，并控制所述IGBT单元的工作状态的控制单元；配电单元，用于接入市电，并将抑制了电磁干扰的交流信号发送给直流源；直流源，用于将所述交流信号转换为直流信号，并发送给IGBT功率单元；IGBT功率单元，用于将直流源输出的直流信号，在控制单元的控制下，转换为脉冲电信号发送给双绞馈线电缆；双绞馈线电缆，用于将所述IGBT功率单元输出的脉冲电信号发送给电磁铁；本申请具有电源体积小、系统简单、可靠性高、价格低，性能更好的效果。

技术研发人员：李瑞,李晓鹏,张满洲,何粉绒,疏坤,李德明
受保护的技术使用者：上海艾普强粒子设备有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17