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高频逆变器后级电路图原理

 泓的馆藏 2015-11-05
 后级电路的基本功能就是把前级升压的高压直流电逆变成交流电。从结构来说全桥结构 用得最多。
下面以单相正弦波逆变器的后级电路为例讲解下,部分电路如下图:
高频逆变器后级电路.jpg
1. 米勒电容对高压MOS 管安全的影响及其解决办法
我记得以前很多网友提到 IR2110 推动全桥MOS 非常不稳定,经常莫名奇妙地炸管, 往往在低压试验时好好的,母线电压一调高就炸了,这确实是个令人非常头疼的问题。我们 先来分析一下MOS 管GD 结电容,也叫米勒电容对半桥上下两管开关的影响。供分析的电 路如下:
MOS 管电路.jpg
图中C1,C2 分别是Q1,Q2 的GD 结电容,左边上下两个波形分别是Q1,Q2 的栅极驱动 波形。我们先从t1-t2 死区时刻开始分析,从图中可以看出这段时间为死区时间,也就是说 这段时间内两管都不导通,半桥中点电压为母线电压的一半,也就是说C1,C2 充电也是母 线电压的一半。当驱动信号运行到t2 时刻时,Q1 的栅极变为高电平,Q1 开始导通,半桥 中点的电位急剧上升,C2 通过母线电压充电,充电电流通过驱动电阻Rg 和驱动电路放电 管Q4,这个充电电流会在驱动电阻Rg 和驱动电路放电管Q4 上产生一个毛刺电压,请看图 中t2 时刻那条红色的竖线。如果这个毛刺电压的幅值超过了Q2 的开启电压Qth,半桥的上 下两管就共通了。有时候上下两管轻微共通并不一定会炸管,但会造成功率管发热,在母线 上用示波器观察也会看到很明显的干扰毛刺。只有共通比较严重的时候才会炸管。还有一个 特性就是母线电压越高毛刺电压也越高,也越会引起炸管。 大家知道了这个毛刺电压产生的原理,我想就很容易解决这个问提了,主要有三种解决 办法:
1) 采用栅极有源钳位电路。可以在MOS 管的栅极直接用一个低阻的MOS 管下拉, 让它在死区时导通;
2) 采用 RC 或RCD 吸收电路;
3) 栅极加负压关断,这是效果最好的办法,它可以通过电平平移使毛刺电压平移到 源极电平以下,但电路比较复杂。
2. IR2110 应用中需要注意的问题
IR2110 是IR 公司早期推出的半桥驱动器,具有功耗小,电路简单,开关速度快等优点, 广泛应用于逆变器的全桥驱动中。对于DIP16 封装的IR2110 在正弦波逆变器的应用中主要 要注意以下几点:
1). 13 脚的逻辑地和2 脚的驱动地在布线时要分开来走,逻辑地一般要接到5V 滤波电 容的负端,再到高压滤波电容的负端,驱动地一般要接到12-15V 驱动电源的滤波电容的负 端,再到两个低端高压MOS 管中较远的那个MOS 的源极。如下图:
ir2110 典型应用电路.jpg
2).在正弦波逆变器中因为载波的频率较高,母线电压也较高,自举二极管要使用高频 高压的二极管。因为载波占空比接近100%,自举电容的容量要按照基波计算,一般需要取 到47-100uF,最好并一个小的高频电容。
3. 正弦波逆变器LC 滤波器参数的计算
要准确计算正弦波逆变器 LC 滤波器的参数确实是件繁琐的事,这里我介绍一套近似的 简便计算方法,在实际的检验中也证明是可行的。我的想法是SPWM 的滤波电感和正激类 的开关电源的输出滤波电感类似,只是SPWM 的脉宽是变化的,滤波后的电压是正弦波不 是直流电压。如果在半个正弦周期内我们按电感纹波电流最大的一点来计算我想是可行的。 下面以输出 1000W220V 正弦波逆变器为例进行LC 滤波器的参数的计算,先引入以下 几个物理量:
Udc:输入逆变H 桥的电压,变化范围约为320V-420V;
Uo:输出电压,0-311V 变化,有效值为220V;
D:SPWM 载波的占空比,是按正弦规律不断变化的;
fsw: SPWM 的开关频率,以20kHz 为例;
Io:输出电流,电感的峰值电流约为1.4 Io;
Ton:开关管的导通时间,实际是按正弦规律不断变化的;
L: LC 滤波器所需的电感量;
R:逆变器的负载电阻。
于是有:
L=( Udc- Uo) Ton/(1.4 Io) (1)
D= Uo/ Udc (2)
Ton=D/ fsw= Uo/(Udc* fsw) ( 3)
Io=Uo/R (4)
综合(1),(3),(4)有:
L=(Udc- Uo)* Uo/(1.4 Io* Udc* fsw)=R(1-Uo/Udc)/(1.4 fsw)
例如,一台输出功率1000W 的逆变器,假设最小负载为满载的15%则, R=220*220/(1000*15%)=323Ω
从 L= R(1-Uo/Udc)/(1.4 fsw)可以看出,Uo=Udc 的瞬间L=0,不需要电感;Uo 越小需要 的L 越大我们可以折中取当Uo=0.5Udc 时的L=323*(1-0.5)/(1.4 *20000)=5.8 mH 这个值是按照输出15% Io 时电感电流依然连续计算的,所以比较大,可以根据逆变器 的最小负载修正,如最小负载是半载500W,L 只要1.7 mH 了。
确定了滤波电感我们就可以确定滤波电容 C 了,滤波电容C 的确定相对就比较容易, 基本就按滤波器的截止频率为基波的5-10 倍计算就可以了。其计算公式为
公式.jpg    

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