专 辑 驱 动 装 置 与 电 源 技 术

富 士 时 报 Vol.C1 No.1 2009
电 力 电 子 设 备 的 技 术 要 素
器 件 与 基 于 功 率 器 件 应 用 技 术 的 电 力 变 换 电 路 技 术 ;2 控 制
理 论 与 各 种 电 力 电 子 设 备 的 固 有 控 制 , 以 及 基 于 联 网 技 术 的
控 制 技 术 ;3 由 变 压 器 、 电 抗 器 、 旋 转 电 机 等 相 关 硬 件 电 力
设 备 技 术 构 成 的 技 术 。 在 提 供 上 述 具 有 特 色 的 产 品 群 的 同 时 ,
为 在 产 业 、 社 会 基 础 设 施 、 交 通 运 输 、 节 能 环 保 等 领 域 推 出
满 足 市 场 需 求 的 、 深 受 顾 客 青 睐 的 新 一 代 产 品 , 富 士 电 机 正
进 行 一 系 列 的 技 术 要 素 的 开 发 , 并 通 过 这 一 开 发 来 强 化 电 力
电 子 基 础 技 术 与 构 筑 电 力 电 子 技 术 平 台 ( 也 就 是 对 各 机 型 通
用 的 最 佳 设 计 技 术 进 行 扩 充 )。( 图 2)
本 文 将 介 绍 的 内 容 包 括 : 电 力 变 换 电 路 技 术 之 一 的 扩 大
设 备 单 体 容 量 的 大 容 量 化 技 术 及 实 现 设 备 小 型 化 的 高 功 率 密
度 化 技 术 ; 控 制 技 术 之 一 的 实 现 驱 动 设 备 高 度 发 达 的 驱 动 装
置 控 制 技 术 ; 电 力 设 备 技 术 之 一 的 电 机 设 计 技 术 ; 电 力 电 子
平 台 技 术 的 课 题 以 及 富 士 电 机 的 在 这 些 技 术 领 域 的 最 新 动 向 。
电 力 变 换 电 路 技 术
3.1 大 容 量 化 技 术
为 扩 大 电 力 电 子 应 用 产 品 的 使 用 范 围 , 富 士 电 机 正 研 发
功 率 半 导 体 器 件 的 串 联 / 并 联 、 功 率 单 元 并 联 化 、 装 置 多 重
化 以 及 多 电 平 大 功 率 化 技 术 。 本 文 将 介 绍 串 联 / 并 联 技 术 及
功 率 单 元 并 联 化 技 术 。
功 率 半 导 体 器 件 的 “ 串 联 / 并 联 技 术 ” 通 过 简 单 电 路 , 在
过 渡 期 间 内 实 现 了 串 联 IGBT 器 件 的 电 压 平 衡 。 实 现 这 一 平
衡 的 方 式 具 有 它 的 特 征 , 就 是 能 在 基 本 不 改 变 器 件 开 关 特 性
的 情 况 下 实 现 串 联 连 接 , 并 抑 制 了 开 关 损 耗 的 增 加 。 富 士
电 机 采 用 将 具 有 高 频 性 能 及 开 关 特 性 良 好 的 1 kV 级 别 通 用
IGBT 进 行 多 级 串 联 连 接 来 代 替 高 压 IGBT, 实 现 了 装 置 的
高 耐 压 化 , 提 高 了 高 压 大 功 率 电 力 变 换 装 置 的 性 能 。
此 外 , 在 新 产 品 — 大 容 量 不 间 断 电 源 “UPS7700F
图 3 2 个 功 率 单 元 并 联 情 况 下 的 仿 真 波 形
电 流 ()
00
电 流 波 形
电 流
200
平 电 流
0
2 电 流
200
2 电 流 波 形
系 列 ” 上 , 作 为 功 率 单 元 并 联 化 技 术 , 该 产 品 上 采 用 了 通 用
的 功 率 单 元 (100 kVA), 通 过 功 率 单 元 的 并 联 将 对 应 机 型
扩 大 至 100 kVA 〜 600 kVA 的 范 围 , 实 现 了 大 功 率 化 。
功 率 单 元 并 联 化 面 临 的 课 题 是 如 何 抑 制 各 单 元 输 出 电 流
的 失 衡 。 相 关 装 置 内 通 过 同 一 个 控 制 信 号 动 作 的 单 元 将 会 发
生 电 流 失 衡 , 产 生 这 种 失 衡 的 原 因 在 于 每 个 单 独 单 元 独 立
存 在 并 联 滤 波 电 抗 器 L f 偏 差 。 同 时 , 用 于 功 率 半 导 体 IGBT
的 驱 动 电 路 (GDU) 也 存 在 延 迟 时 间 的 偏 差 。 图 3 所 示 为
在 存 在 L f 偏 差 与 GDU 延 迟 时 间 偏 差 的 情 况 下 , 用 于 变 频 器
的 2 个 并 联 功 率 单 元 产 生 的 仿 真 波 形 。 根 据 仿 真 结 果 , 在
使 用 标 准 L f 及 GDU 的 情 况 下 , 并 联 2 个 功 率 单 元 时 会 产
生 20% 的 电 流 失 衡 , 而 并 联 6 个 功 率 单 元 时 , 则 会 产 生
40% 的 电 流 失 衡 。 此 次 开 发 的 装 置 , 在 功 率 单 元 的 GDU
部 位 增 加 了 检 测 功 率 单 元 的 电 流 偏 差 , 并 以 此 来 调 整 IGBT
驱 动 信 号 的 功 能 。 具 体 来 说 , 这 种 调 节 是 通 过 在 单 元 的 输 出
电 流 的 偏 差 为 正 的 情 况 下 延 长 IGBT 上 下 臂 之 间 的 封 锁 时 间
来 实 现 的 。 该 仿 真 波 形 如 图 3 所 示 。 通 过 这 一 方 法 , 即 便
存 在 L f 与 GDU 延 迟 时 间 的 偏 差 , 产 品 也 能 抑 制 单 元 的 电 流
失 衡 , 从 而 通 过 简 单 的 方 法 实 现 最 大 6 个 功 率 单 元 同 时 并 联 。
3.2 高 功 率 密 度 化 技 术
对 于 电 源 装 置 , 业 界 一 般 都 要 求 实 现 小 型 化 。 近 年 来 ,
特 别 是 信 息 、 通 信 领 域 对 高 功 率 密 度 化 的 要 求 日 益 增 长 , 其
要 求 表 现 为 在 容 量 不 变 的 情 况 下 减 小 尺 寸 , 或 者 在 尺 寸 不 变
的 情 况 下 提 高 容 量 。
母 线 变 换 器 是 在 通 信 装 置 中 将 前 端 电 源 ( 交 流 输 入 、 直
流 输 出 ) 的 输 出 电 压 变 换 成 中 间 母 线 电 压 (12 V 等 大 小 )
的 一 种 绝 缘 型 直 流 / 直 流 变 换 器 ⑵, 行 业 有 一 套 名 为 “ 砖
(brick)” 的 标 准 定 义 了 该 变 换 器 的 尺 寸 大 小 。 对 于 100 W
级 别 , 以 往 的 主 流 尺 寸 为 1/4 砖 , 而 今 , 这 一 变 换 器 的 尺
寸 已 逐 渐 被 1/8 砖 所 取 代 。 富 士 电 机 在 将 变 换 器 尺 寸 减 小
至 1/8 的 同 时 , 还 在 确 保 尺 寸 不 变 的 情 况 下 将 变 换 器 的 瓦
数 由 100 W 提 升 至 200 W。 图 4 所 示 为 200 W 母 线 变 换
器 的 外 形 。 该 变 换 器 的 外 形 尺 寸 为 22.8(W)×57.8(D)
×9.5(H), 额 定 输 入 电 压 为 48 V, 输 出 电 压 为 12 V。 为
实 现 装 置 的 高 功 率 密 度 化 , 富 士 电 机 采 用 以 下 技 术 。
图 4 200 W 母 线 变 换 器
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辑
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