逆变电源启动电路结构分析与研究

魏桂霞

摘要：对几种典型的启动电路结构进行了分析和比较，并提出了一种新的启动电路结构方案。它不仅适用于并联负载谐振逆变器，也可以推广到其他形式负载谐振逆变器。

关键词：晶闸管逆变感应电源；启动电路；谐振电路信号

中图分类号：TM924文献标识码：A

文章编号：1674-1145(2009)09-0141-02

晶闸管逆变感应电源在冶炼、淬火、透热等方面得到了十分广泛的应用，占有重要的市场份额，因而使许多学者、企业倍加关注。基于电源的启动问题，一直是该领域学者研究的热点和难点。针对这些问题，国内许多学者从不同的应用角度出发研究设计一些启动电路。下面对几种典型的启动电路结构原理做一简要分析和比较。

一、几种启动电路结构分析

目前，晶闸管逆变感应电源启动电路尽管有多种实现方法，但在结构形式上一般都可以概括为“它激转自激”。所谓的它激转自激，就是在附加能量或信号的作用下启动晶闸管逆变感应电源，从而在负载谐振电路获取电压或电流信号(自激信号)，实现在自激信号作用下运行。

(一)“负载充磁式”启动电路

该启动电路是一种传统的启动电路，该启动电路结构的基本思想是：在启动前用充电器向贮能电容充电，充电结束后，向负载谐振电路放电，使负载谐振电路处于谐振状态，从而获取负载谐振电路的电压或者电流信号，经处理后作为逆变桥的触发脉冲信号。这是一种利用附加能量产生自激信号，属于“它激转自激”的结构形式。这种电路的不足之处是：启动瞬间有一个较高的阶跃电压输出，造成对设备及电网的冲击；启动操作自动化程度较低；启动电路所需要的器件成本高。

(二)“它激转自激”启动电路

这是一种比较先进的电路，该启动电路结构的基本思想是；将一个频率可调的脉冲信号作为逆变桥晶闸管的触发信号。启动初，电源工作在它激状态，当输出电压达到一定幅值时，负载谐振电路信号已足够大，通过转换电路将负载谐振电路信号作为逆变桥晶闸管的触发信号，实现它激转自激的启动过程。这种启动电路方案自动化程度较高，实现了零电压启动功能，缺点是它激信号的频率必须调至接近电源的工作频率。并且逆变桥触发脉冲有转换的过程，在一定程度上影响启动的可靠性。文献提出了附加震荡启动方案，也是一种它激转自激结构形式，但这种电路只适用于串并联负载谐振电路，因而不具有普遍意义。

(三)“自激-外桥转内桥式”启动电路

文献提出了自激-外桥转内桥启动电路结构，该电路结构的基本思想是在启动时借助一个辅助桥臂使负载总阻抗增高。从而减小负载谐振电路的能量损耗，便于捕捉到自激信号。启动瞬间，由于扰动电压和电流存在，产生的微弱自激信号经处理后去触发外桥工作，当自激信号足够大时，转而触发内桥工作，实现利用自激信号启动的过程。该启动电路具有操作简单，自动化程度高，具有零电压启动功能。不足之处逆变桥触发信号虽然采用自激信号还存在外桥转内桥的转换过程，因而对启动可靠性同样存在一定的影响，并且所需元器件较多成本高，控制电路也比较复杂。

通过对上面几种常用启动电路结构的分析和比较，可知每种启动电路都存在一定的缺陷。那么怎样扬长避短设计出一种更完善的启动电路呢?本文下面提出一种新的启动电路结构。

二、自激—零电压启动电路

(一)自激—零电压启动电路结构

这种启动电路结构不需要附加信号(它激信号或能量)，而是将负载谐振回路中捕捉到的微弱电压、电流信号(自激信号)，经过技术处理后触发逆变桥晶闸管、直接启动电源。其结构原理框图如图1所示。图1具有最简单的电路结构，是众多学者多年来所追求的理想电路结构形式。同时也可以看到了预充磁、它激转自激、外桥转内桥等电路结构所做的种种努力都是为获取—个具有足够能量的有效自激触发信号。

从图2可以看出，由VT1～VT4及逆变桥外围电路构成一个电桥，其输入端与三相整流桥的输出相接，其输出AB端作用在负载谐振电路上。在三相整流桥有输出电压的瞬间(即启动瞬间)，由于电桥所属元器件电气参数的离散性和扰动电压的作用使电桥处于不平衡状态，因而AB两端必有电压存在，而且在启动瞬间可以认为是一个恒压，负载谐振电路在这个电压作用下产生了谐振信号(自激信号)。

(三)捕捉自激信号的关键技术措施

1．在负载谐振回路中设置启动电感L_Q。由于谐振回路等效直流电阻较小和补充能量的不足，在负载谐振电路产生有效自激信号的时间很短，加之对自激信号进行处理的电路有延时性，因而在启动瞬间不易捕捉到自激信号，造成启动失败。为了解决这个问题，在负载谐振回路设置一个启动电感L_Q。其原理是：在负载回路谐振期间，L_Q两端必产生一个自感电动势，根据楞次定律，该自感电动势所产生的电流总是阻碍原来电流变化的。即在相同的启动时间内减少了自激信号的衰减速度，使产生自激信号的周期数增加，为捕捉自激信号赢得了时间，提高了启动的可靠性。另外，由于L_Q电感量很小，对电源正常工作时也不会产生影响，同时还具有抑制di／dt的作用。

2．自激信号采用高阻匹配方式

捕捉到的自激信号强度很弱，对该信号进行处理的过程中要采用高阻匹配的方式。以降低自激信号能量损耗，其主要措施如图3所示。

D₁和D₃、和D₄串接，其主要目的是在启动瞬间D₁～D₄工作在非线性区内，从而可以获得较高的输出阻抗与T匹配。T为高输入／输出电阻隔离变压器，Ic为高输入内阻的集成放大电路。

三、结论

经过采取上述这些技术措施，就可以很容易地将自激信号进行处理，形成逆变桥晶闸管所需的有效触发信号，实现了用白激信号直接启动电源的目的。该启动电路与其他启动电路比较不需要附加能量，不需要它激转自激和外桥转内桥的过程，从而使启动性能更加可靠。具有操作维护方便、电路简单。大幅度降低了成本等优点，它不仅适用于并联负载谐振逆变器。也可以推广到其他形式负载谐振逆变器。

参考文献

[1]孟志强，何志勇．晶闸管中频感应逆变电源的附加震荡启动方法[J]．电力电子技术，2003，37(6)．

[2]杜锦才，丁大庆．并联逆变电源的外桥自激启动电路[J]．电力电子技术．1999．33(4)．