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    寧波瀟陽科技有限公司(中文)

    分享逆變器電路圖原理詳解與電路分析

    更新:1970-01-01
    摘要:在進行電源設計時,效率與可靠性都是設計者首先考慮的因素,在設計逆變電源時更是如此。逆變電源可靠性的提升對于新手們來說是一個較為頭疼的問題,雖然有資料可供參考,但其中值給出了部分方法,卻沒有給出一些技巧或原理上的講解。 先從輸入回路的電解電容講起,逆變器的DC輸入電流通常很大。12V1000W的逆變器...

    在進行電源設計時,效率與可靠性都是設計者首先考慮的因素,在設計逆變電源時更是如此。逆變電源可靠性的提升對于新手們來說是一個較為頭疼的問題,雖然有資料可供參考,但其中值給出了部分方法,卻沒有給出一些技巧或原理上的講解。

    先從輸入回路的電解電容講起,逆變器的DC輸入電流通常很大。12V1000W的逆變器輸入電流最大可達120A以上,此時輸入端的電解電容的選擇就變得非常關鍵。如果選擇不當,就會造成炸電解電容的故障。

    這里并不是指選用一個較好的電容就可以,目前真正的低等效串聯電阻與電感值的高頻電解為數不多,并且價格昂貴。所以從實用性出發,目前主要靠普通電解多個并聯法來降低電容的溫升,同時注重風道散熱設計來及時降溫。當然,在“普通”中選好一點的品牌與品質的電解是必需的。

    下面來說說對不同負載特性適應性問題。這里主要分成兩個方面來講。一是逆變器自身的功率余量、允許最大帶載啟動輸出電流與過流保護措施。二是對不同特性如感性、容性、負阻性等負載的適應性。

    一般如果在技術上沒處理好這些問題,產品在使用時就易出現各種問題。

    “均流均壓”這簡簡單單四個字里不但包含平衡驅動、PCB布線均衡(布線的DC、AC電阻相等)、還包含了管體散熱均溫、MOS管的Ron動靜態匹配(選管)等問題。

    除去并網之外,逆變器的自我保護問題也是影響著逆變器的可靠性。這其中包括限流保護模式、熱關斷保護、用戶操作異常保護、負載異常保護、啟動保護等等。

    對于原器件的參數設定與選型一樣會影響到產品的可靠性。但對MOS管、超快整流二極管來說,不同的封裝形式對可靠性的影響有時差別十分明顯,需要謹慎對待。

    圖1

    圖1是實測的推挽逆變電路的其中一邊MOS管的G極波形(1:1藍)與升壓變壓器的副邊電壓波(15:1黃),這是電路處在滿載1000WDC+24V輸入時的實測波形,可以看到另一路MOS管導通時串入到截止MOS管的G極的干擾尖刺波形。

    圖2

    圖2是使用推挽主功率的1/2電路原理圖(另一半完全相同),前級為SG3525或UC3846。波形圖為采用100KHz、EE55B升壓主變、MOS管為早期IRFP150的實驗波形,產生此波形的原因在于早期MOS管的“米勒”電容較大。

    主變的“振鈴尖刺”會通過A相或B相MOS管的結電容,在G極波形之間互串,即藍色驅動波形中的“毛刺”部分。由于大部分逆變器的MOS管驅動部分的供電與主振蕩IC一樣,都為單電源供電(用SG3525輸出直驅管MOS的同樣較為常見),因此驅動波形以0V~+15V方波為多見,此時驅動波形如受到干擾(見上圖尖刺部分),如接近達到MOS管的Vth值,對系統的不良影響是非常大的。

    如果接近Vth值,那么效率與溫升肯定會收到影響。如果采取一般的手段無法有效減低或避免這種干擾時,那么采用負壓關斷也就非常有必要了。這個問題在專業的量產方案中需要引起研發人員足夠的重視。

    圖3

    圖3為實測逆變器滿載時的推挽A相與B相MOS管的G極波形(1:10),由于采用了+15V開通、-5V關斷的驅動方式,同時精選低Qgs的功率MOS管,驅動波形的“尖峰”干擾大為減少,也可看到由于采用了負壓關斷,滿載時從對方相位串擾過來的“毛刺”被有效控制在0V線以內(見于圖中紅圈標注部分),確保截止時期的MOS管能絕對可靠地截止關斷。

    在說環路反饋與過流保護前,先來說說結構設計與主功率管的散熱問題。

    圖4

    舉一個實例:某山寨小企業抄板了某個已成熟的逆變電路,此電路在別人那里反映不錯,而在自己這里的產品卻炸主功率MOS管的比例較高。攝氏25度環境時,輸出滿載1000W,10分鐘后圖4的B處(8個MOS管的中心位置)的溫度比A處高出6~8度!C處(綠圈)最低,比B處低14~15度。(C處為進風口,D為風扇,樣機為進風設計,據說是用以延長含油軸承的壽命),同樣型號并聯工作的功率MOS管,實際工作的溫差那么大,對“均流”極其不利,所以更提不上高可靠性。

    采用康銅絲采樣時,由于為了減少損耗,一般輸出電壓極低,需放大后再作為反饋信號,多用作平均值限流控制,雖然響應速度慢,但卻有限流精度高且穩定的優點,當蓄電池電壓從14.5V下降到10.5V時,結合對限流值的補償,可獲得較理想的恒定輸出功率,不會導致因蓄電池電壓下降而影響逆變器的輸出功率。

    結合散熱設計,對MOS管的并聯來說,從參數篩選配對(如Ron、Qgs等的誤差最好可以小于5%)到每個MOS管的PCB的走線參數(PCB布線的AC、DC阻抗)相近、驅動波形嚴格相同、工作時的溫升變化同步一致等等,當然還有限流保護點的合理選定、裝配焊接工藝的各個細節都不能掉以輕心,這樣才能保證并聯工作時的高可靠性。

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