闭环自激型逆变器设计要点.doc

闭环自激型逆变器设计要点 1．设计任务 设计一个能够输出100V/60Hz的正弦交流电源变换器，其输入电源标准为220V/50Hz。该电源变换器的输出功率要求在500W以上，总谐波失真小于10%，输出电压中基本无直流成份。在输入电源电压波动10%以内的条件下，输出电压波动也要小于10%。 2．闭环自激逆变电路 由于上述逐级变换的逆变电路不便于进行瞬时反馈，难以克服非线性失真缺陷，造成有严重的谐波失真，或者说是波形畸变。这也是开环电路共有的弊端。闭环自激型逆变电路由于闭环反馈的作用，可以输出失真度很小的正弦电压。只是在电路结构上并没有独立的PWM电路，而是将PWM熔合于整个闭合环路中。 本文所述的闭环自激型逆变电路组成的基本思想是根据输出电压大小和输入调制电压进行比较，形成自激振荡，直接控制脉冲宽度。其原理结构如图3-23所示。由于无独立PWM电路，电路结构显得更简单。 图3-23 闭环自激型全桥逆变电路 图3-23所示闭环自激型全桥逆变电路采用IR2111芯片驱动，实现了四个独立驱动脉冲输出。IR2111的脉冲信号传递关系为：2端（IN）高电平时，7端（HO）高电平，4端（LO）低电平，也就在于是IN与HO的脉冲同相位。波形曲线关系如图3-24所示。从波形相位关系上可以发现，HO与LO脉冲间无死区时间，容易造成半桥电路的上下管同时导通不良状态，这也是该电路的一大缺陷。因此，特别要注意选择高速开关管，并且，加入缓冲电路加以弥补。 IN HO LO 图3-24 IR2111芯片脉冲传递的相位关系 该闭环自激型全桥逆变电路的PWM调制频率基本上由R1、R2、C15、C19、L5五个元件的参数决定，是属于延迟负反馈振荡电路结构。当然，电压比较器正反馈网络R3、R4决定的滞回电压大小也会影响振荡频率。因为R1、R2二个电阻的比值还要控制输出正弦电压的幅度，一般是通过调整C15的容量来改变振荡频率。 IR2111芯片需要提供两套电源电压：HO端口输出的需要一套独立的电源电压VB，加在8、6脚之间；其他电路用另一套电源电压VCC，加在1、3脚之间。一般在电路设计中为了简单化，VCC采用辅助电源供电，而VB则是采用电压自举方式从VCC取电。D3、C5、C7就是一个自举取电电路，功率电路的功率管反复处于通、断交替状态，当半桥功率电路中Q2管导通时，15V辅助电源通过D3和Q2对电容C5、C7充电，当Q2关闭时C5、C7上的电压悬浮，维持对HO输出电路的供电。同样，D4、C6、C8是另一块芯片的自举取电电路。辅助电源采用15V电压，是基于功率场效应管栅极激励需要近15V的电压而确定的。两套电源之间的电压差只要不超过600V，都能够安全工作。 输出正弦电压的幅度由全桥功率电路的供电电压大小限制，一般全桥功率电路的供电电压要比输出的正弦波峰值电压高10V左右。全桥功率电路的供电电压由另外一套电源电路提供，参考下一节的说明。给定足够大的功率电路供电电压后，输出正弦电压的幅度还可以由R1、R2二个电阻分压比调整。 3．60Hz正弦振荡电路 60Hz正弦振荡器采用RC文氏振荡电路结构，如图3-25所示。其中的R26、R28用作频率微调，振荡信号输出的峰峰值控制在8.0V。 电路中元件的取值计算如下： 振荡频率 若C2取为0.1μF，R25可取为27kΩ，R26可取为0Ω。 根据关系式 以及计算， 可以得到。当voPP=8.0V时，R30=0.65R29，R9=0.82R29。 如果要输出50Hz的正弦波，只要将此振荡电路频率必为50Hz即可。如果把此频率连续可调，就成为了一个变频电源。如果将振荡电路改为放大电路，从外界输入音频信号，就成为了一个D为功率放大器。可见，有些名称不同的电子装置的实际上核心技术是共同的。 4．输出滤波电路 一般逆变器的输出频率与调制用脉冲频率相比，相差较大，可以采用结构比较简单的二阶LC滤波电路，但图3-26中的LC电路实际是起到延时作用，滤波电路还需要另加。 滤波器截止频率并无严格要求，对应L、C参数也可以有一个比较宽的变化范围。脉冲频率fs计划为20kHz以上，用60Hz正弦进行调制。因此，在输出脉冲信号中包含了60Hz和nfs（n为自然数）频率成分。当正弦调制波略有失真时，会含有120、180、240Hz等60Hz的低次谐波。若将截止频率确定为1k-2kHz，可以避免出现谐振现象，有效分离调制频率和载波频率。图3-中电感L和电容CP组成最简单的低通滤波电路，按谐振于1kHz附近计算，在额定负载（RL=25Ω）下Q值约取为2.0。滤波元件参数计算参考第二节。滤波电容的耐压在250V以上。为了增大载流能力，应该采用多个电容器并联而成。 其中ω=2πf=6280rad/s。图3-20(b)中