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逆變電源設(shè)計(jì)概要
大家知道， 市電或其他的交流電可以通過二極管或可控硅的單向?qū)щ娦哉鞒芍绷麟姽?br style="FONT-FAMILY: 'Microsoft Yahei', Arial; WORD-BREAK: break-all; text-size-adjust: none">給需要使用直流電的場合,。這種把交流電變換成直流電的過程我們叫做整流,，也叫做順變。
那么逆變呢,？我們自然地就會想到,，應(yīng)該就是把直流電變換成交流電的過程。逆變電源就是
相對于整流器而言通過半導(dǎo)體功率開關(guān)器件的開通和關(guān)斷把直流電變換成交流電的這么一
個裝置,。 逆變電源也叫做逆變器,， 下面分單元地講一下逆變器主要的單元電路。 主要內(nèi)容為：
一．電池輸入電路
二．輔助電源電路
1. 12V 電池輸入的輔助電源電路
2. 24V-48V 電池輸入的輔助電源電路
3. 多路隔離輔助電源電路
三．高頻逆變器前級電路的設(shè)計(jì)
1. 閉環(huán)前級變壓器匝數(shù)比的設(shè)計(jì)
2. 準(zhǔn)開環(huán)前級變壓器匝數(shù)比的設(shè)計(jì)
四．高頻逆變器后級電路的設(shè)計(jì)
1. 米勒電容對高壓 MOS 管安全的影響及其解決辦法
2. IR2110 應(yīng)用中需要注意的問題
3. 正弦波逆變器 LC 濾波器的參數(shù)
五．逆變器的部分保護(hù)電路
1. 防反接保護(hù)電路
2. 電池欠壓保護(hù)
3. 逆變器的過流短路保護(hù)電路的設(shè)計(jì)
4. IGBT 的驅(qū)動和短路保護(hù)
一．電池輸入電路
逆變器大多用在車載上,，利用汽車上的蓄電池和發(fā)電機(jī)組成的低壓直流供電系統(tǒng)供電,。
這個系統(tǒng)上往往還給其他的用電器供電， 所以有必要在逆變器的輸入端設(shè)計(jì)一個輸入電路保
證能濾除大部分來自直流供電系統(tǒng)的紋波和干擾,， 同時也濾除逆變器對直流供電系統(tǒng)上其他
用電器的干擾,。輸入電路一般由 LC 構(gòu)成，如上圖所示：
輸入電路設(shè)計(jì)中需要注意的是 L 要能過足夠的電流不會飽和和過熱,。 LC 的參數(shù)還要能
起到濾波效果,。
在實(shí)際的電路中也往往在節(jié)省成本或要求不高時省去 L.
二． 輔助電源電路。
逆變器除了功率變換回路外,，還包含了小信號部分的供電,，例如 PWM 信號芯片的
12V 供電，運(yùn)放的單電源或雙電源供電,，單片機(jī)的 5V 或 3.3V 供電等,。對上述電路提
供一個穩(wěn)定的純凈的電源供電在逆變器中也顯得很重要。
1. 12V 電池輸入的輔助電源電路
對于 12V 電池供電的逆變器,，一般經(jīng)過一級 RC 濾波給 PWM 芯片如 TL494,SG3525 等
供電即可,。需要注意的是 R 的壓降控制在 0.5V-1V 比較合適，因?yàn)橐话?span> PWM 芯片最低工作
電壓在 8V 左右,，為了使電池在 10V 電壓時還能工作,， R 上的壓降不能過大。還有 PWM 芯
片供電電壓過低容易引起不工作或?qū)β?span> MOS 管驅(qū)動不足。
在要求比較高的情況下可以先把 10-15V 的電池電壓升壓到 15V,再用 L7812 降壓到穩(wěn)定
的 12V 給 PWM 芯片供電,，電路如下：
上圖中 BT 為來自 12V 電池,， 電壓變動范圍為 10-15V.采用了 MC34063 單片 DCDC 芯
片比較簡單經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)了上述功能。
2. 24V-48V 電池輸入的輔助電源電路
在輸入 24V 以上的逆變器中,，要是用 L7812,LM317 之類的線性降壓會造成比較大的發(fā)
熱損耗,，因此本人設(shè)計(jì)了一個自激開關(guān)式降壓電路，現(xiàn)在介紹給大家：
在這個電路中,， BT 輸入電壓范圍可以達(dá)到 15-60V,而輸出穩(wěn)定在 12V.Q6 也可以用 P
型的 MOS 管,。
下面來講一下這個電路的工作原理，電路起動的瞬間,，電源通過 R13 提供 Q6 足夠大的
基極電流,， Q6 飽和導(dǎo)通，其集電極電流一部分通過 L1 給 C15 充電供給負(fù)載,，一部分儲存
在 L1 里,。當(dāng) C15 兩端的電壓超過 15V 時 Q7 導(dǎo)通， Q5 也導(dǎo)通導(dǎo)致 Q6 的基極電位上升,，電
流減小,， C11 的上端的電位下降，由于 C11 兩端的電壓不能突變,， Q5 基極的電位繼續(xù)迅速
下降,， Q6 的基極電位迅速上升直到快速關(guān)斷， Q6 關(guān)斷后 L1 的儲能通過續(xù)流二極管 D2 釋
放給 C15 和負(fù)載,，然后開始下一個周期的循環(huán),。
3. 多路隔離輔助電源電路
對于需要一路或多路隔離輔助電源供電的時候， 一般采用反激式開關(guān)電源供電比較好實(shí)
現(xiàn),，如下圖,，這里就不詳細(xì)介紹了。
三．高頻逆變器前級電路的設(shè)計(jì)
逆變器前級電路一般采用推挽結(jié)構(gòu),，這里主要講解下開環(huán)和閉環(huán)的問題,。供分析的電路
如下：
1. 閉環(huán)前級變壓器匝數(shù)比的設(shè)計(jì)
逆變器前級無論是開環(huán)還是閉環(huán)只是變壓器的匝比和反饋環(huán)路的參數(shù)不同而已。比如需
要設(shè)計(jì)一個輸入 12V,變化范圍為 10.5-15V,，輸出電壓為交流 220V50Hz 的高頻修正方波逆變
器,。如果前級采用閉環(huán)結(jié)構(gòu)， 12V 升壓后的直流電壓穩(wěn)定在 270V 比較好,，這樣為了使輸入
10.5V 時還能輸輸出 270V,則變壓器的變比大約為(270+2VD)/(10.5-VDS)/D,其中 VD 為高壓
整流管的壓降,， VDS 為前級 MOS 管的壓降， D 為最大占空比,。計(jì)算出來的結(jié)果大約是 28,。
特別注意的是當(dāng)前級工作在閉環(huán)狀態(tài)時,，比如輸入電壓比較高的話， D1,D3 正端整流出來的
脈沖的峰值將超過 270V,占空比小于 1 需要 L1,C11 平滑濾波,，所以 L1 不能省略,，還要足夠
大,，否則 MOS 管發(fā)熱損耗很大,。具體計(jì)算可根據(jù)正激類開關(guān)電源輸出濾波電感的計(jì)算，這
里就不再贅述了,。
2. 準(zhǔn)開環(huán)前級變壓器匝數(shù)比的設(shè)計(jì)
實(shí)際中的逆變器前級往往省略 L1,，從電路上看還是閉環(huán)穩(wěn)壓，電壓也是通過 R1 進(jìn)行反
饋,，又是怎么回事呢,？從上面閉環(huán)穩(wěn)壓的計(jì)算中可以看出，為了保持輸出的穩(wěn)定,，變壓器的
變比設(shè)計(jì)的比較大,。逆變器前后級都穩(wěn)壓當(dāng)然比較好，但也可以只是后級穩(wěn)壓,，后級穩(wěn)壓在
AC220V,我們可以把前級直流高壓設(shè)計(jì)在最低 220V 就可以了,，此時占空比為 50%。如果前
級直流高壓大于 220V 我們可以自動把占空比調(diào)小點(diǎn),，這樣輸出交流電也穩(wěn)定在 220V 了,。
用這種方式的話我們的變壓器變比可以按輸入
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