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摘要：在防火卷帘控制系统备用电源中运用逆变技术设计，可以保证防火卷帘门在发生火灾时也能正常运行，使防火卷帘门更有效地起到控制火势蔓延、协助疏散人员的作用，从而减少生命财产的损失。
关键词：逆变电源；防火卷帘；控制系统；备用电源；PWM逆变技术
现今，防火卷帘门已被广泛使用在各种建筑物中，是一种集防火、防雨、防风和防盗等作用于一身的防火分隔物，在发生火灾时，防火卷帘门落下阻隔火势蔓延，保障建筑物内人员的生命财产安全。防火卷帘门控制系统由开闭机驱动，开闭机主要由三相电动机、电磁阀、减速箱、限速装置和限位器组成。当发生火灾时往往会造成正常供电线路的切断，开闭机转由蓄电池供电，由于蓄电池的低压直流电不能直接供给开闭机所用，因此需要一个逆变器来将其转化为220V交流电。本文就通过逆变器的设计例子来说明逆变技术在防火卷帘控制系统备用电源中的应用。
一、逆变技术的原理
本文设计的逆变器采用的是在各种逆变电路中最常用的PWM逆变电路，而PWM逆变技术的原理是通过改变脉冲的宽度来取得所需的电流波形。PWM开关电源比起普通的线性电源的优势就是可以通过斩波的方式将输入的直流电压幅值斩成幅值的脉冲电压，完成斩波之后，就可以用变压器来控制其幅值了。最后为了增强输出电压的目的，可以通过增加变压器的二次绕组数量来达成。
二、逆变器的组成
本文设计的逆变器电路属于单相桥式电路，主要由一个KA3525A芯片、两个IGBT和一个高频变压器等器件组成，拥有体积小、经济性强等优点。当逆变器感应到火灾发生时，就会自动切断正常供电，转由备用电源进行供电，通过低压直流电流逆变成220V交流电控制开闭机，使防火卷帘可以如常下降。
三、逆变器电路的器件介绍
（一）KA3525A芯片
KA3525A芯片属于一种集成脉宽调制电路器，可以完全对PWM功率进行控制。逆变器中，KA3525A芯片产生出PWM信号，然后通过PWM信号来使两个IGBT得到驱动。KA5325A芯片主要由基准电压源、限流放大器、误差放大器、输出级、振荡器等组成。芯片内部电路由内部稳压器提供5V的输出电压，50mA的输出电流，并作为芯片外部电压基准。振荡器先产生0.6V～3.5V的锯齿波电压V，再变换成矩形波电压，送至触发器、或非门，并由3脚输出。可与外电路同步外接电阻RT和电容c决定振荡频率，振荡频率的为公式f=1.18/RTCT，而RT=3KΩ，CT=0.01μF，因此振荡频率为45kHz。
（二）IGBT
IGBT，绝缘栅双极型晶体管，是一种复合全控型电压驱动式功率半导体器件，IGBT拥有驱动功率小、饱和压低和开关迅速等优点。因此，近年IGBT就越来越在小功率电子设备中作为主导器件所重用。本文设计的逆变器采用的是型号为mtp60的IGBT。
1.IGBT的保护措施
IGBT是MOS（绝缘栅型场效应管）和BJT（双极型三极管）的复合体，因此集合了两者的性能，包括驱动功率小、饱和压低、高频率、耐高压、抗二次击穿能力强和电压型驱动等特性。在电路发生短路时，主电路每秒的电流量可达数千安培，有可能引起器件的二次击穿，因此为了保护IGBT应该马上关断IGBT。IGBT模块通常都是由几个IGBT或者与续流二极管组成，但是IGBT的栅压过高的话就有可能引发故障，因此IGBT的门极都反并联两个稳压二极管，这是IGBT的保护措施的关键。
2.IGBT的缓冲电路
IGBT中的缓冲电路，又称为吸收电路，其作用是抑制IGBT的内因过电压、du/dt或者过电流和di/dt，减小器件的开关损耗。但是一般来说，在IGBT模块内，并没有缓冲电路的专门集成部分，因为IGBT中的缓冲电路所需的体积和电阻功率都比较大。但是如果IGBT中不设置缓冲电路，电路中的器件无论在接通时还是断开时，都会引起强电流和高电压，电流变化率也会随之上升，造成电流的不稳定从而使IGBT中的器件发生损坏。因此，在IGBT电路中设置缓冲电路是很有必要性的。缓冲电路电容的计算公式为Cs=Id（tr+tf）/Uds，根据本文设计所用的mtp60的参数，Id（最大集电极电流）=10A，tr（最大集电极电压的上升时间）=570ns，tf（最大集电极电流的下降时间）=200ns，Uds（最大集射极电压）=50V。由此可以算出在mtp60中的Cs=0.154μF，最终取值为0.1μF。而缓冲电路的缓冲电阻Rs的计算公式为Rs=tonmin/4Cs，由于tonmin=9.22μs，因此可以算出Rs=11.525Ω，最终取值l5Ω。合理地在IGBT中设置缓冲电路不仅可以提高器件电流、电压的稳定性，还能有效降低器件的电磁干扰和开关损耗，对防止器件的二次击穿有很大帮助。
（三）高频变压器
高频变压器是变换交流电压、电流和阻抗的器件，当初级线圈中通有交流电流时，铁芯（或磁芯）中便产生交流磁通，使次级线圈中感应出电压（或电流）。高频变压器由铁芯（或磁芯）和线圈组成，线圈有两个或两个以上的绕组，其中接电源的绕组叫初级线圈，其余的绕组叫次級线圈。一般来说，我们通过对高频变压器磁芯材料的选择、计算脉冲信号最大占空比的计算、计算初级线圈匝数N的计算、变压器匝数比计算和变压器次级绕组的匝数N的计算来确定其输出电压。
1.磁芯材料的选择
本文逆变器中的高频变压器选取铁氧体作为磁芯材料，磁芯尺寸设计成E-E型，铁氧体磁芯具有在高频时具有较高的磁导率、制作方便、耦合性能好、漏感小等特点。本文设计的逆变器中逆变电源功率≈100W，磁芯截面积s=10lcm，最大磁通密度B=5000Gs。
2.脉冲信号最大占空比的计算
直流输入电压经过全波整流滤波后得到VImax≈360V，VImin≈240V。开关电源产生的的反向电动势为e≈170V，线圈漏感造成的尖峰电压VL≈100V。因VImin+e+VL=630V，故开关功率管应能承受630V以上的高压。计算脉冲信号最大占空比Dmax=（e/e+VImin）×100%=（170/170+240）×100%=41.5，所以，最大导通时间tonmax=22.2μs×0.415=9.213μs。
3.初级线圈匝数的计算
变压器初级线圈的匝数N的计算公式为N1=（VImin×tonmax/Bm×S）×104
其中磁芯截面积S=5.62Cm，由此可以算出变压器初级线圈的匝数N=7.86，最终取值8匝。
4.变压器匝数比的计算
由于高频变压器输入的电压为12V，需要由变压器变压后得到150V左右的电压，因此变压器匝数N=150/12=12.5，最终取值l3。
5.变压器次级线圈的匝数N的计算
N2=Nl×N=8×13=104，最终取值90匝。
结束语
总而言之，为了让逆变技术更好地在防火卷帘控制系统备用电源中得到应用，应该合理设计逆变电路、选取合适的逆变器电路的器件。本文设计的逆变器能较好的解决防火卷帘门中备用电源对控制系统进行供电的问题，通过低压直流电流逆变成220V交流电控制开闭机，使防火卷帘可以如常下降，有效地为火灾时人员生命财产的安全提供保障。
参考文献：
[1]胡君臣.高频变压器的设计与制作[J].电气开关，2005（01）.
[2]潘星，刘会金IGBT功率器件工作中存在的问题及解决方法[J].电力自动化设备，2004（9）.
[3]徐德鸿，等.开关电源的设计指南（第二版）[M].机械工业出版社，2003.
[4]王兆安，黄俊.电力电子技术（第四版）[M].机械工业出版杜，2000.
关键词：逆变电源；防火卷帘；控制系统；备用电源；PWM逆变技术
现今，防火卷帘门已被广泛使用在各种建筑物中，是一种集防火、防雨、防风和防盗等作用于一身的防火分隔物，在发生火灾时，防火卷帘门落下阻隔火势蔓延，保障建筑物内人员的生命财产安全。防火卷帘门控制系统由开闭机驱动，开闭机主要由三相电动机、电磁阀、减速箱、限速装置和限位器组成。当发生火灾时往往会造成正常供电线路的切断，开闭机转由蓄电池供电，由于蓄电池的低压直流电不能直接供给开闭机所用，因此需要一个逆变器来将其转化为220V交流电。本文就通过逆变器的设计例子来说明逆变技术在防火卷帘控制系统备用电源中的应用。
一、逆变技术的原理
本文设计的逆变器采用的是在各种逆变电路中最常用的PWM逆变电路，而PWM逆变技术的原理是通过改变脉冲的宽度来取得所需的电流波形。PWM开关电源比起普通的线性电源的优势就是可以通过斩波的方式将输入的直流电压幅值斩成幅值的脉冲电压，完成斩波之后，就可以用变压器来控制其幅值了。最后为了增强输出电压的目的，可以通过增加变压器的二次绕组数量来达成。
二、逆变器的组成
本文设计的逆变器电路属于单相桥式电路，主要由一个KA3525A芯片、两个IGBT和一个高频变压器等器件组成，拥有体积小、经济性强等优点。当逆变器感应到火灾发生时，就会自动切断正常供电，转由备用电源进行供电，通过低压直流电流逆变成220V交流电控制开闭机，使防火卷帘可以如常下降。
三、逆变器电路的器件介绍
（一）KA3525A芯片
KA3525A芯片属于一种集成脉宽调制电路器，可以完全对PWM功率进行控制。逆变器中，KA3525A芯片产生出PWM信号，然后通过PWM信号来使两个IGBT得到驱动。KA5325A芯片主要由基准电压源、限流放大器、误差放大器、输出级、振荡器等组成。芯片内部电路由内部稳压器提供5V的输出电压，50mA的输出电流，并作为芯片外部电压基准。振荡器先产生0.6V～3.5V的锯齿波电压V，再变换成矩形波电压，送至触发器、或非门，并由3脚输出。可与外电路同步外接电阻RT和电容c决定振荡频率，振荡频率的为公式f=1.18/RTCT，而RT=3KΩ，CT=0.01μF，因此振荡频率为45kHz。
（二）IGBT
IGBT，绝缘栅双极型晶体管，是一种复合全控型电压驱动式功率半导体器件，IGBT拥有驱动功率小、饱和压低和开关迅速等优点。因此，近年IGBT就越来越在小功率电子设备中作为主导器件所重用。本文设计的逆变器采用的是型号为mtp60的IGBT。
1.IGBT的保护措施
IGBT是MOS（绝缘栅型场效应管）和BJT（双极型三极管）的复合体，因此集合了两者的性能，包括驱动功率小、饱和压低、高频率、耐高压、抗二次击穿能力强和电压型驱动等特性。在电路发生短路时，主电路每秒的电流量可达数千安培，有可能引起器件的二次击穿，因此为了保护IGBT应该马上关断IGBT。IGBT模块通常都是由几个IGBT或者与续流二极管组成，但是IGBT的栅压过高的话就有可能引发故障，因此IGBT的门极都反并联两个稳压二极管，这是IGBT的保护措施的关键。
2.IGBT的缓冲电路
IGBT中的缓冲电路，又称为吸收电路，其作用是抑制IGBT的内因过电压、du/dt或者过电流和di/dt，减小器件的开关损耗。但是一般来说，在IGBT模块内，并没有缓冲电路的专门集成部分，因为IGBT中的缓冲电路所需的体积和电阻功率都比较大。但是如果IGBT中不设置缓冲电路，电路中的器件无论在接通时还是断开时，都会引起强电流和高电压，电流变化率也会随之上升，造成电流的不稳定从而使IGBT中的器件发生损坏。因此，在IGBT电路中设置缓冲电路是很有必要性的。缓冲电路电容的计算公式为Cs=Id（tr+tf）/Uds，根据本文设计所用的mtp60的参数，Id（最大集电极电流）=10A，tr（最大集电极电压的上升时间）=570ns，tf（最大集电极电流的下降时间）=200ns，Uds（最大集射极电压）=50V。由此可以算出在mtp60中的Cs=0.154μF，最终取值为0.1μF。而缓冲电路的缓冲电阻Rs的计算公式为Rs=tonmin/4Cs，由于tonmin=9.22μs，因此可以算出Rs=11.525Ω，最终取值l5Ω。合理地在IGBT中设置缓冲电路不仅可以提高器件电流、电压的稳定性，还能有效降低器件的电磁干扰和开关损耗，对防止器件的二次击穿有很大帮助。
（三）高频变压器
高频变压器是变换交流电压、电流和阻抗的器件，当初级线圈中通有交流电流时，铁芯（或磁芯）中便产生交流磁通，使次级线圈中感应出电压（或电流）。高频变压器由铁芯（或磁芯）和线圈组成，线圈有两个或两个以上的绕组，其中接电源的绕组叫初级线圈，其余的绕组叫次級线圈。一般来说，我们通过对高频变压器磁芯材料的选择、计算脉冲信号最大占空比的计算、计算初级线圈匝数N的计算、变压器匝数比计算和变压器次级绕组的匝数N的计算来确定其输出电压。
1.磁芯材料的选择
本文逆变器中的高频变压器选取铁氧体作为磁芯材料，磁芯尺寸设计成E-E型，铁氧体磁芯具有在高频时具有较高的磁导率、制作方便、耦合性能好、漏感小等特点。本文设计的逆变器中逆变电源功率≈100W，磁芯截面积s=10lcm，最大磁通密度B=5000Gs。
2.脉冲信号最大占空比的计算
直流输入电压经过全波整流滤波后得到VImax≈360V，VImin≈240V。开关电源产生的的反向电动势为e≈170V，线圈漏感造成的尖峰电压VL≈100V。因VImin+e+VL=630V，故开关功率管应能承受630V以上的高压。计算脉冲信号最大占空比Dmax=（e/e+VImin）×100%=（170/170+240）×100%=41.5，所以，最大导通时间tonmax=22.2μs×0.415=9.213μs。
3.初级线圈匝数的计算
变压器初级线圈的匝数N的计算公式为N1=（VImin×tonmax/Bm×S）×104
其中磁芯截面积S=5.62Cm，由此可以算出变压器初级线圈的匝数N=7.86，最终取值8匝。
4.变压器匝数比的计算
由于高频变压器输入的电压为12V，需要由变压器变压后得到150V左右的电压，因此变压器匝数N=150/12=12.5，最终取值l3。
5.变压器次级线圈的匝数N的计算
N2=Nl×N=8×13=104，最终取值90匝。
结束语
总而言之，为了让逆变技术更好地在防火卷帘控制系统备用电源中得到应用，应该合理设计逆变电路、选取合适的逆变器电路的器件。本文设计的逆变器能较好的解决防火卷帘门中备用电源对控制系统进行供电的问题，通过低压直流电流逆变成220V交流电控制开闭机，使防火卷帘可以如常下降，有效地为火灾时人员生命财产的安全提供保障。
参考文献：
[1]胡君臣.高频变压器的设计与制作[J].电气开关，2005（01）.
[2]潘星，刘会金IGBT功率器件工作中存在的问题及解决方法[J].电力自动化设备，2004（9）.
[3]徐德鸿，等.开关电源的设计指南（第二版）[M].机械工业出版社，2003.
[4]王兆安，黄俊.电力电子技术（第四版）[M].机械工业出版杜，2000.