變頻器已應用于各行各業(yè)的多種設備,，并成為當今節(jié)電，改造傳統(tǒng)工業(yè),，改善工藝流程,，提高生產(chǎn)過程自動化水平，提高產(chǎn)品質(zhì)量,，改善環(huán)境的主要技術(shù)之一,。
開關(guān)器件是變頻器的核心器件，絕緣柵雙極型品體管(ICBT)投入市場以后,，很快成為中小功率電力電子設備的主導器件,，而且其電壓、容量及開關(guān)頻率性能還在提高,。IPM內(nèi)部集成的驅(qū)動和保護電路可簡化系統(tǒng)設計,，其自我保護功能可使功率模塊在測試及現(xiàn)場應用中損壞的可能性大大降低。采用IPM后系統(tǒng)的綜合性能極大提高,，其性價比已經(jīng)超過IGBT,，有很好的經(jīng)濟性。
本文使用IPM模塊PM50RSAl20設計一款小型通用變頻器,，功率為1 500 W,，并將開關(guān)電源也集成到變頻器中，體積小，方便在小功率場合使用,。
2 PM50RSAl20簡介[1]
PM50RSAl20是日本三菱公司推出的50 A/l200 V智能功率模塊,，開關(guān)頻率20 kHz，其內(nèi)部電路如圖1所示,。
PM．50RSAl20中共有7塊:IGBT,，其中6塊構(gòu)成橋路，另一塊用于控制制動電阻的接人,。P-N間接人前方整流模塊整流后的直流電壓(0 V～800 V);U,、V、W是輸出端子;B-P間接入制動電阻,，在能耗制動過程中消耗制動能量;VUP1-Vupc,，VVP1-VVPC，VWP1- VWPC,，VN1-VNC間提供各IGBT模塊的電源．典型值為15 V；UP-VUPc,，VP_VVPC,，WP-VWPC，UN·VN·WN·Br-VNc間為控制各IGBT導通和截止的控制端.當電壓在0．8 V以下時,，IGBT導通,，在4 V。15 V之問時．：IGB3,。截止,；UF0-VUPc，VFo_-VVPC,，Wm-V州,，F(xiàn)O-VNC間為錯誤報告電壓提供端，為了使接口電路盡量簡化．該IPM模塊用一個錯誤指示信號來通知控制器在該模塊內(nèi)發(fā)生的所有錯誤,?？刂破魍ㄟ^檢測來判斷是否發(fā)生了溫升過高、過電流或短路故障．區(qū)別以上故障的依據(jù)是檢測錯誤指示信號維持時間,。短路和過電流故障信號的維持時間的典型值是1.5 ms．溫升過高指示信號在溫度超過允許值時有效,，一直維持到溫度降至復位值以下，這一過程的典型時間為十幾秒,。
3 硬件電路設計
通用型變頻器的硬件電路主要由3部分組成:整流電路,、開關(guān)電源電路以及逆變電路。整流電路將工頻交流電整流為直流,，并經(jīng)大電容濾波供給逆變單元;開關(guān)電源電路為IPM和計算機控制電路供電;逆變電路是由PM50RSAl20組成,，對于逆變電路本文主要闡述其控制電路的設計。
圖2為整流電路「2-3」，整流電路中,，輸人為380V工頻交流電,。YRl～YR3為壓敏電阻，用于吸收交流側(cè)的浪涌電壓,，以免造成變頻器損壞,。輸人電源經(jīng)二極管整流橋6R130G-160整流為直流，并經(jīng)El～E4大電容濾波后成為穩(wěn)定的直流電壓,，再經(jīng)電感和電容濾波后作為逆變單元和開關(guān)電源單元的電源,。R2和R3是為了消除電容的離散性而設置的均壓電阻，同時還起到放電的作用,。發(fā)光二極管用于指示變頻器的工作狀態(tài),。Rl是啟動過程中的限流電阻，由于E1～E4容量較大,，上電瞬間相當于短路,，電流很大，尺l可以限制該電流大小,，電路正常狀態(tài)后由繼電器RLYl將該電阻短路以免增加損耗,，繼電器的控制信號SHORT來自于計算機，上電后延時一定時間計算機發(fā)出該信號將電阻切除,。R1應選擇大功率電阻,，本電路中選擇的是20 W的水泥電阻，而且為了散熱該電阻安裝時應懸空,。電路中的+5 V,、+12 V和±15 V電壓是由 開關(guān)電源提供的電壓。LVl是電壓傳感器,，用于采集整流電壓值,，供檢測和確定控制算法用．UDCM是電壓傳感器的輸出信號。通過外接插排連接至外接計算機控制電路,。
圖3是開關(guān)電源電路「4,，5」。該電路主要由PWM控制器TL3842P,、MOSFET K1317和開關(guān)變壓器組成,，其功能是對整流電路的直流輸出電壓進行變換，為IPM模塊和外接的計算機控制電路提供電源,，提供的電壓為±15 V,、+12 V、+5 v,。
圖4為IPM的控制電路「1」,，這里只給出了其中一個ICBT的控制電路,，其它IGBT與之相同。
在電路中,，HCPL4504是高速光耦,，隔離計算機信號與變頻器控制板，LM,、UM是算機輸入,，控制對應的IGBT導通的控制信號，VNI,、WN,、F0、VNC為對應IGBT的信號引腳,。P52l是光電隔離器件,，其輸出信號FOUT是錯誤信號，表明IPM內(nèi)部出現(xiàn)錯誤,，通過計算機響應進行錯誤處理,。LA58是電流傳感器，用于采集變頻器輸出U相和W相的電流,，為控制算法提供現(xiàn)場數(shù)據(jù),。在整個電路板中， 與計算機接口信號是通過插排接出的,。
另外，需要注意的是6R130G-160,、PM50RSAl20都屬于發(fā)熱量較大的器件,，在電路板中要注意散熱問題，必須安裝散熱片,，并涂以散熱硅膠,，以免溫度超過器件的額定溫升。
4 結(jié)束語
本文采用智能功率模塊PM50RSAl20設計了一款小型通用1500 W變頻器,，該變頻器包含了交-直-交變頻電路和開關(guān)電源,，具有結(jié)構(gòu)緊湊、集成度高,、可靠性高,，體積小、穩(wěn)定性好,、可靠性高等特性,，適應于小型電機驅(qū)動及實驗。