[发明专利]基于IGBT串联的固体开关式高压脉冲电源

说明书

技术领域

本发明涉及一种固体开关式的高压脉冲电源，特别是一种基于IGBT串联的固体开关式高压脉冲电源。

背景技术

脉冲功率具有这样的特点：它将储存的能量以电能的形式，用单脉冲或重复频率的短脉冲方式加到负载上。脉冲功率技术之所以能出现并得以快速发展，是缘于诸多新兴科学技术领域对它的需求和人类使用电能技术的成熟。

在食品行业中，各种液态食品的保鲜问题是困扰行业发展的难题。法国科学家巴斯德创立的巴氏消毒法无疑是给人类社会带来了深刻变化，但采用这种方法对液态食品灭菌条件温和但灭菌不彻底，有时甚至会损害到食品的风味及营养。随着人们生活水平的提高，对食物的卫生和安全性要求越来越高，提出了高品质、低成本、绿色的新型灭菌方法，利用高压脉冲电场（PEF）技术对液态食品杀菌就是其中一种方法。

绝缘栅双极晶体管IGBT( Insulated Gate Bipolar Transistor)综合了GTR和MOSFET的优点，具有通流能力强、开关速度快、输入阻抗高、热稳定性好和驱动简单的优点，作为半导体电力开关具有明显的优势。目前，IGBT的耐压等级达到几十千伏，但因其价格昂贵，限制了单个IGBT在大功率高电压场合的广泛应用。将耐压等级低的多个IGBT串联使用，不仅提高了功率变换器的电压等级，降低了成本，而且减小了开关损耗。

M57962L是由日本三菱电气公司为驱动IGBT而设计的厚膜集成电路(Hybrid Integrated Circuit For Driving IGBT Modules)。在驱动模块内部装有2500V高隔离电压的光电耦合器，过流保护电路和过流保护输出端子，具有封闭性短路保护功能。M57962L是一种高速驱动电路，驱动信号延TPLH和TPLH最大为1.5us。可以驱动600V/400V级的IGBT模块。

由于IGBT串联组件在开关过程中很难使得驱动信号完全同步，导致出现了一定的电压不均衡现象，随着器件承受电压的增加，电压不均衡加剧，严重时同样会造成器件因过电压而损坏。而IGBT承受过电压的时间很短，所以在设计保护电路时应该在IGBT所能承受过电压的时间内快速切断控制信号，以免IGBT损坏。型号为TMS320F28335的DSP系统自带的故障检测脚具有这一优点，在检测到故障信号时，可以在十几个纳秒内中断PWM信号的发出，能够有效保护IGBT器件。

发明内容

    本发明的目的在于提供一种基于IGBT串联的固体开关式高压脉冲电源，该电路由DSP系统控制，最后输出40kV左右的单极性高压脉冲。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明包括主电路和控制电路，其中：

1）主电路：包括50kV高压直流电源、储能电容、64个IGBT串联电路、64个IGBT缓冲电路和处理室；50kV高压直流电源与储能电容并联，其正极与64个IGBT串联电路的一端相连，64个IGBT串联电路的另一端与处理室的一端相连，处理室的另一端与50kV高压直流电源的负极相连；64个IGBT串联电路与64个IGBT缓冲电路相连；

2）控制单元：包括全桥整流电路、滤波电路、65个反激变换电路、DSP系统、PWM放大电路、IGBT开关电路、64个M57962L串联电路和IGBT保护电路；220V交流电依次与全桥整流电路、滤波电路相连，滤波电路分别与IGBT开关电路、65个反激变换电路相连；DSP系统发出的PWM信号依次与PWM放大电路、IGBT开关电路、64个M57962L串联电路、64个IGBT串联电路相连；64个M57962L串联电路经IGBT保护电路与DSP系统相连；65个反激变换电路分别与PWM放大电路和64个M57962L串联电路相连。

所述的主电路中的64个IGBT串联电路中的IGBTQ2~Q65型号均为IGW60T120，第一个IGBT的集电极与50kV高压直流电源的正极相连，第一个IGBT的发射极与第二个IGBT的集电极相连，前一个IGBT的发射极与后一个IGBT的集电极相连，第64个IGBT的发射极与处理室相连，处理室装有待杀菌的液态食品；每个IGBT器件都设有RCD缓冲电路，分别与相应IGBT的集电极和发射极相连。