2kW高頻逆變器學(xué)習(xí)干貨

現(xiàn)代設(shè)備對電源的性能要求越來越高，未來電源將向著高功率密度、高效率、低EMI、小體積等方向發(fā)展。為了實(shí)現(xiàn)以上需求，現(xiàn)代的電源的頻率越做越高、諧振技術(shù)也逐步開始流行。

高頻率可以有效減小磁性元件體積、但高頻率同時帶來的開關(guān)損耗呈幾何式增加，很大程度上影響了效率，然而諧振技術(shù)的加持，實(shí)現(xiàn)了功率器件的軟開關(guān)，可以有效的降低開關(guān)損耗和EMI，但諧振使得器件的應(yīng)力增加......等問題。

技術(shù)就是一個不斷探索的過程，解決了一個問題同時又出現(xiàn)了新的問題，所以在設(shè)計(jì)中往往是根據(jù)實(shí)際情況有取舍的設(shè)計(jì)，盡量找到最優(yōu)的折中方案。往往實(shí)際產(chǎn)品設(shè)計(jì)很考驗(yàn)一名工程師的水平。

高頻逆變的應(yīng)用場景：電焊機(jī)、沖擊鉆、風(fēng)機(jī)、切割機(jī)、空壓機(jī)等。

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第一節(jié) 功率板原理圖總結(jié)

（一） 主功率板拓?fù)?/p>

前級采用推挽結(jié)構(gòu)(開環(huán))，后級采用全橋(閉環(huán))；

外形展示

輸入DC48V，輸出AC220V，輸出功率2kW，效率94%。

（二）功率板詳解

（1）前級推挽(DC-DC)升壓。

前級推挽

輸入選用48V電池供電，輸入級需加防反接措施(如串聯(lián)二極管、保險絲或空氣開關(guān)等)，低壓母線需并聯(lián)電解電容器(由于是諧振式，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)1A電流需450uF左右；若是硬開關(guān)式，經(jīng)驗(yàn)值1A電流需250uF左右)，有已知參數(shù)計(jì)算出輸入電流的大小，確定輸入電容量，2kW高頻逆變，輸入48V，輸入電流約為45A，則輸入電容量約20000uF,由于電解電容內(nèi)阻大且高頻特性差，實(shí)際中需選取多支電容并聯(lián)，從而減小等效內(nèi)阻。若電解電容容量太小，導(dǎo)致電容發(fā)熱，嚴(yán)重影響效率。

輸入為直流，變壓器磁芯容易飽和，為了防止飽和，必須保證工作在1、3象限，所以工作時，變壓器的兩個繞組電流方向相反。

高頻諧振回路：利用變壓器漏感作為諧振電感(若漏感太小需外加電感)。調(diào)節(jié)諧振電容值來改變諧振頻率，調(diào)試中應(yīng)使諧振頻率稍小于工作頻率，避免批量生產(chǎn)時，由于元件參數(shù)差異導(dǎo)致無法實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)。

器件選型：MOS管電流余量為(3-5倍)，電壓余量(3-4倍)

諧振電容：采用CBB電容(村田或廈門法拉)

變壓器磁芯：材料選擇鐵氧體或非晶環(huán)(天磁或東磁)

（2）后級H橋(DC-AC)逆變

后級H橋

后級采用SPWM調(diào)制全橋逆變，實(shí)現(xiàn)AC220V穩(wěn)壓輸出。輸出采用LC濾波，負(fù)載增大，濾波電感值會減小。

（三）輔助功能

（1）風(fēng)扇控制

溫度超過閾值，驅(qū)動卡輸出信號驅(qū)動三極管Q9導(dǎo)通，風(fēng)扇正常工作，二極管D12防止反峰電壓(風(fēng)扇可以選取變壓器輔助繞組供電或直接有電池供電，注意選取規(guī)格)。

（2）電池電壓檢測

電池電壓檢測超過閾值范圍，逆變器停止輸出。

（3）母線電壓限制

TL431和PC817組成高壓限制電路，由分壓電阻控制限壓值，通常將高壓限制在輸入電壓最大值時對應(yīng)高壓母線電壓(限制電壓過低容易炸前級管子，限制值電壓太高容易炸后級管子)，限制高壓值就相當(dāng)于限制最大占空比，若輸入電壓太低，占空比提前被限制，隨著負(fù)載加重，會出現(xiàn)尖峰，導(dǎo)致前級炸管；若限制電壓太高，尖峰被變壓器放大，容易炸后級的管子。

（4）溫度檢測

溫度傳感器接H橋，輸入前級驅(qū)動卡溫度檢測引腳。

（5）輔助電源

輔助電源采用反激拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，該電路結(jié)構(gòu)簡單，通俗易懂，不做詳細(xì)介紹，C為控制端，控制電壓約為5V，前級D6和D5組成TVS吸收回路，后級采用半波整流。

（6）緩沖啟動電路

R35和C26組成RC延時電路，C26充電至9V以上，D19導(dǎo)通，三極管Q15導(dǎo)通，繼電器吸合，軟啟完成；關(guān)機(jī)時由D20構(gòu)成回路放電，為下一次開機(jī)做準(zhǔn)備。三極管Q16被Q15導(dǎo)通后拉低，后級驅(qū)動正常供電。

（7）蜂鳴器控制

蜂鳴器受兩個電壓控制，分別為前級開機(jī)信號和后級短路信號控制。逆變器開啟蜂鳴器會響2s左右，提示正在開機(jī)，開機(jī)完成蜂鳴器停止發(fā)聲；或逆變極短路，蜂鳴器會發(fā)出聲響。

（8）輸出功率限制

由交流輸出回路取信號通過運(yùn)放放大，再由二極管整流為直流，經(jīng)LC濾波輸入后級驅(qū)動卡，限制輸出功率。

（9）啟動尖峰抑制

啟動尖峰抑制：高壓母線電容前加輔助啟動電阻(水泥電阻)，由于輸入軟啟過程中，輸出占空比非常小，死區(qū)時間相對較大，電容充電電流非常大，短時間內(nèi)，會出現(xiàn)非常大的尖峰電流，所以高壓回路需串聯(lián)限流電阻，當(dāng)軟啟(2s)完成時短路限流電阻進(jìn)入正常工作模式(可以采用繼電器或MOS管)。