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            IGBT器件在激光电源中的应用

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              激光电源在激光应用系统中是非常重要的一部分内容,其性能指标,特别是功率和稳定性指标直接影响到激光应用的质量和效果。传统的激光电源采用可控硅作为功率开关器件,但是有很多弊端:(1)由于工频电力网50Hz的电流经整流后进入可控硅,可控硅触发频率为100Hz,故由于调整频率的限制,这种电源的工作稳定性不高。(2)这种电源的稳定性受电力网波动的影响较大。(3)可控硅的触发电路主要是控制触发相位角的变化,这种电路不易实现闭环控制。因此,在激光应用中,改进激光电源的性能已在所难免。现在,一种新型的功率开关器件——IGBT正逐渐取代可控硅而作为激光电源的大功率开关管。

              绝缘栅双极管(简称IGBT)集MOSFET和GTR一身,既具有输入阻抗高、速度快、热稳定性好和驱动电路简单的特点,又具有通态电压低、耐压高和承受电流大等优点。它的简易符号如图1所示。

              

              IGBT是一个零电压开关器件.它的开通与关断由栅极电压控制。当栅极电压Vge施以正电压时,IGBT导通,当Vge施以负电压时,IGBT关断。其栅极电压与IGBT的通断情况如图2所示。

              

              根据这一原理,可以根据栅极电压的波形占空比的改变来调节从IGBT器件输出电流的大小当栅极电压信号占空比增大时,电流增大.占空比变小时,电流减小。因此,调节栅极电压可使其占空比随主电路的输出电流的变化作自适应调节,起到恒流调节的作用。

              IGBT器件在激光电源中的应用

              近年来,大功率开关管IGBT在激光电源中被广泛应用,正是由于它便于宽调制这一优点。它在激光电源中的应用能满足激光电源中大功率、高稳定性以及高恒流性等特点。图3是一种应用于激光电源的对IGBT模块进行脉宽调制的典型电路。

              

              电路中,SG3524是一个专用的脉宽调制器,EXB840是一个专门用于驱动IGBT器件的集成块。SG3524是一个功能很强的集成块,内部集成有误差放大器、振荡器(锯齿波发生器)、比较器和两只交替输出的晶体开关管,还具有过流保护功能。

              SG3524的(1)(2)引脚分别是内部误差放大器的反相、同相输入端,(6)(7)引脚为内部振荡器的外接定时元件端,定时元件R、c,接到第(6)(7)脚上,它们与内部其它组件共同构成锯齿波振荡器。锯齿波振荡器在第(3)脚输出一串固定频率的三角波,工作频率为f=1/Rt*Ct。(11)(14)为输出脚。第(10)脚为封锁脚、如果送至(10)脚的电平为高电平,则(11)(14)脚输出的脉冲宽度为零,利用这一特点可作过流保护。(9)脚为补偿端.它的工作原理为:将通过霍尔电流传感器对输出主电路的电流值进行转换得到幅值较小的电压信号反馈到SG3524误差放大器的反相输入端(1)脚,误差放大器的输出端连到芯片内部比较器的正相输入端。设反相输入端上的电压值为V1,而锯齿波发生器输出的电压信号接到内部比较器的反相输入端,设此信号为V2,这两个信号经过电压比较器后就产生一个方波脉冲系列信号,并且此方波脉冲系列的占空比随从(1)脚反馈回的电压信号的变化而相应增大或变小。它的原理示意图如图4所示。

              

              这一方波系列由(11)(14)脚交替输出,经EXB840模块去驱动IGBT器件。SG3524还具有过流保护功能,本电路中的用法如图3。当主电路中有过流情况时,EXB840的驱动模块中与(5)脚相连的光电耦合器的发光二极管导通,经光电耦合后,光电耦合器左侧的晶体三极管导通,因此过流保护输出端上有高电平输出,将此端接到SG3524的(10)脚,就可以使SG3524输出端(11)(14)输出的脉冲宽度为零,IGBT器件立即处于完全截止状态,起到过流保护的作用。

              在应用中,IGBT的浪涌吸收是非常重要的。由于IGBT处于高速开关状态,因此在工作中必然会伴有电压浪涌与电流浪涌。由于电压浪涌、电流浪涌严重时会产生瞬态过高的电压和电流而烧坏IGBT器件,故在本电路中采用了浪涌吸收电路,它由电阻、电容和二极管相连组成,其中电阻的选取应根据实验确定,一般为大功率电阻。

              在本电路中,采用具有双IGBT的模块,其中一个IGBT器件只利用其快速恢复二极管起快速续流的作用,以防止IGBT高速关断时两端产生过高电压而击穿IGBT器件。


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