高頻逆變器簡介

　　高頻逆變器通過高頻DC/AC變換技術(shù)，將低壓直流電逆變?yōu)楦哳l低壓交流電，然后經(jīng)過高頻變壓器升壓后，再經(jīng)過高頻整流濾波電路整流成通常均在300V以上的高壓直流電，最后通過工頻逆變電路得到220V工頻交流電供負(fù)載使用。高頻逆變器的優(yōu)缺點(diǎn)：高頻逆變器采用的是體積小，重量輕的高頻磁芯材料，從而大大提高了電路的功率密度，使得逆變電源的空載損耗很小，逆變效率得到了提高。通常高頻逆變器峰值轉(zhuǎn)換效率達(dá)到90%以上。但是其也有顯著缺點(diǎn)，高頻逆變器不能接滿負(fù)荷的感性負(fù)載，并且過載能力差。

　　高頻逆變器的分類

　?。?）方波逆變器

　　方波逆變器輸出的交流電壓波形為方波。此類逆變器所使用的逆變線路也不完全相同，但共同的特點(diǎn)是線路比較簡單，使用的功率開關(guān)管數(shù)量很少。設(shè)計(jì)功率一般在百瓦至千瓦之間。方波逆變器的優(yōu)點(diǎn)是：線路簡單、價格便宜、維修方便。缺點(diǎn)是由于方波電壓中含有大量高次諧波，在帶有鐵心電感或變壓器的負(fù)載用電器中將產(chǎn)生附加損耗，對收音機(jī)和某些通訊設(shè)備有干擾。此外，這類逆變器還有調(diào)壓范圍不夠?qū)?，保護(hù)功能不夠完善，噪聲比較大等缺點(diǎn)。

　　（2）階梯波逆變器

　　此類逆變器輸出的交流電壓波形為階梯波，逆變器實(shí)現(xiàn)階梯波輸出也有多種不同線路，輸出波形的階梯數(shù)目差別很大。階梯波逆變器的優(yōu)點(diǎn)是，輸出波形比方波有明顯改善，高次諧波含量減少，當(dāng)階梯達(dá)到17個以上時輸出波形可實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)正弦波。當(dāng)采用無變壓器輸出時，整機(jī)效率很高。缺點(diǎn)是，階梯波疊加線路使用的功率開關(guān)管較多，其中有些線路形式還要求有多組直流電源輸入。這給太陽電池方陣的分組與接線和蓄電池的均衡充電均帶來麻煩。此外，階梯波電壓對收音機(jī)和某些通訊設(shè)備仍有一些高頻干擾。

　　高頻逆變器使用范圍

　　目前大部分市售高頻逆變器能夠提供的波形。這類準(zhǔn)正弦波逆變器可應(yīng)用于筆記本電腦、電視機(jī)、音響、攝像機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、車載冰箱、打印機(jī)、各種充電器、掌電上腦、游戲機(jī)、影碟機(jī)、移動DVD。

　　高頻逆變器后級電路圖原理

　　后級電路的基本功能就是把前級升壓的高壓直流電逆變成交流電。從結(jié)構(gòu)來說全橋結(jié)構(gòu)用得最多。

　　下面以單相正弦波逆變器的后級電路為例講解下，部分電路如下圖：

　　1、米勒電容對高壓MOS管安全的影響及其解決辦法

　　我記得以前很多網(wǎng)友提到IR2110推動全橋MOS非常不穩(wěn)定，經(jīng)常莫名奇妙地炸管，往往在低壓試驗(yàn)時好好的，母線電壓一調(diào)高就炸了，這確實(shí)是個令人非常頭疼的問題。我們先來分析一下MOS管GD結(jié)電容，也叫米勒電容對半橋上下兩管開關(guān)的影響。供分析的電路如下：

　　圖中C1，C2分別是Q1，Q2的GD結(jié)電容，左邊上下兩個波形分別是Q1，Q2的柵極驅(qū)動波形。我們先從t1-t2死區(qū)時刻開始分析，從圖中可以看出這段時間為死區(qū)時間，也就是說這段時間內(nèi)兩管都不導(dǎo)通，半橋中點(diǎn)電壓為母線電壓的一半，也就是說C1，C2充電也是母線電壓的一半。當(dāng)驅(qū)動信號運(yùn)行到t2時刻時，Q1的柵極變?yōu)楦唠娖剑琎1開始導(dǎo)通，半橋中點(diǎn)的電位急劇上升，C2通過母線電壓充電，充電電流通過驅(qū)動電阻Rg和驅(qū)動電路放電管Q4，這個充電電流會在驅(qū)動電阻Rg和驅(qū)動電路放電管Q4上產(chǎn)生一個毛刺電壓，請看圖中t2時刻那條紅色的豎線。如果這個毛刺電壓的幅值超過了Q2的開啟電壓Qth，半橋的上下兩管就共通了。有時候上下兩管輕微共通并不一定會炸管，但會造成功率管發(fā)熱，在母線上用示波器觀察也會看到很明顯的干擾毛刺。只有共通比較嚴(yán)重的時候才會炸管。還有一個特性就是母線電壓越高毛刺電壓也越高，也越會引起炸管。大家知道了這個毛刺電壓產(chǎn)生的原理，我想就很容易解決這個問提了，主要有三種解決辦法：

　　1）采用柵極有源鉗位電路?？梢栽贛OS管的柵極直接用一個低阻的MOS管下拉，讓它在死區(qū)時導(dǎo)通；

　　2）采用RC或RCD吸收電路；

　　3）柵極加負(fù)壓關(guān)斷，這是效果最好的辦法，它可以通過電平平移使毛刺電壓平移到源極電平以下，但電路比較復(fù)雜。

　　2、IR2110應(yīng)用中需要注意的問題

　　IR2110是IR公司早期推出的半橋驅(qū)動器，具有功耗小，電路簡單，開關(guān)速度快等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于逆變器的全橋驅(qū)動中。對于DIP16封裝的IR2110在正弦波逆變器的應(yīng)用中主要要注意以下幾點(diǎn)：

　　1）13腳的邏輯地和2腳的驅(qū)動地在布線時要分開來走，邏輯地一般要接到5V濾波電容的負(fù)端，再到高壓濾波電容的負(fù)端，驅(qū)動地一般要接到12-15V驅(qū)動電源的濾波電容的負(fù)端，再到兩個低端高壓MOS管中較遠(yuǎn)的那個MOS的源極。如下圖：

　　2）在正弦波逆變器中因?yàn)檩d波的頻率較高，母線電壓也較高，自舉二極管要使用高頻高壓的二極管。因?yàn)檩d波占空比接近100%，自舉電容的容量要按照基波計(jì)算，一般需要取到47-100uF，最好并一個小的高頻電容。

　　3、正弦波逆變器LC濾波器參數(shù)的計(jì)算

　　要準(zhǔn)確計(jì)算正弦波逆變器LC濾波器的參數(shù)確實(shí)是件繁瑣的事，這里我介紹一套近似的簡便計(jì)算方法，在實(shí)際的檢驗(yàn)中也證明是可行的。我的想法是SPWM的濾波電感和正激類的開關(guān)電源的輸出濾波電感類似，只是SPWM的脈寬是變化的，濾波后的電壓是正弦波不是直流電壓。如果在半個正弦周期內(nèi)我們按電感紋波電流最大的一點(diǎn)來計(jì)算我想是可行的。下面以輸出1000W220V正弦波逆變器為例進(jìn)行LC濾波器的參數(shù)的計(jì)算，先引入以下幾個物理量：

　　Udc：輸入逆變H橋的電壓，變化范圍約為320V-420V;

　　Uo：輸出電壓，0-311V變化，有效值為220V;

　　D:SPWM載波的占空比，是按正弦規(guī)律不斷變化的；

　　fsw：SPWM的開關(guān)頻率，以20kHz為例；

　　Io：輸出電流，電感的峰值電流約為1.4Io；

　　Ton：開關(guān)管的導(dǎo)通時間，實(shí)際是按正弦規(guī)律不斷變化的；

　　L：LC濾波器所需的電感量；

　　R：逆變器的負(fù)載電阻。

　　于是有：

　　L=（Udc-Uo）Ton/（1.4Io）（1）

　　D=Uo/Udc（2）

　　Ton=D/fsw=Uo/（Udc*fsw）（3）

　　Io=Uo/R（4）

　　綜合（1），（3），（4）有：

　　L=（Udc-Uo）*Uo/（1.4Io*Udc*fsw）=R（1-Uo/Udc）/（1.4fsw）

　　例如，一臺輸出功率1000W的逆變器，假設(shè)最小負(fù)載為滿載的15%則，R=220*220/（1000*15%）=323Ω

　　從L=R（1-Uo/Udc）/（1.4fsw）可以看出，Uo=Udc的瞬間L=0，不需要電感；Uo越小需要的L越大我們可以折中取當(dāng)Uo=0.5Udc時的L=323*（1-0.5）/（1.4*20000）=5.8mH這個值是按照輸出15%Io時電感電流依然連續(xù)計(jì)算的，所以比較大，可以根據(jù)逆變器的最小負(fù)載修正，如最小負(fù)載是半載500W，L只要1.7mH了。

　　確定了濾波電感我們就可以確定濾波電容C了，濾波電容C的確定相對就比較容易，基本就按濾波器的截止頻率為基波的5-10倍計(jì)算就可以了。其計(jì)算公式為