多功能单相逆变电源

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1、多功能单相逆变电源海军航空工程学院史贤俊(烟台264001)摘要：介绍一种输出为115V、400Hz电源的工作原理，给出了相应的电路原理图及参数。关键词：PWM调制逆变谐波　　　1引言直流27V变为交流115V、400Hz的逆变电源在部队和船舶上应用广泛，有较大需求。针对这一情况，我们研制了800VA的单相静态逆变电源，该电源采用直流27V输入，可以输出115V、400Hz的正弦波电压。并且用3台同样的电源经适当联接，在外围电路控制下，可以作为一台三相逆变电源使用。目前，新技术不断出现，构成DC/AC逆变的方法有很

2、多。但考虑到具体的使用条件以及成本与可靠性，该电源采用了比较典型的两级变换的方式，即第一级运用DC/DC变换，将27V变换为约±130V的直流高压，第二级运用DC/AC变换，将直流高压变换为交流输出，通过反馈调节±130V的高压直流电来保证稳定的交流115V输出。这样，既简化了电路调试和生产过程，质量也容易控制，便于产业化。2主电路设计2.1利用DC/DC变换器实现稳压该变换器采用了推挽工作方式，具有效率高、工作可靠的优点。如图1所示，该变换器的作用是将低压直流电变换为高压直流电。主变压器T1初级接成推挽形式，次级

3、因为电压较高，用全桥方式进行整流，开关管S1、S2分别用4只IRF3710并联，有效地降低了导通损耗。功率MOSFET的共生二极管同时可作为开关管关断时的交流通路，抑制开关管两端的关断过电压。R2、C3、R3、C4为阻容吸收电路，可以进一步降低MOSFET关断时的尖峰电压。吸收电阻选择的原则，是在最小导通时间时，仍能使电容上的电压放电完毕，而吸收电容在吸收电阻功耗许可范围内尽量取大。经过实验，本电路的吸收电阻为5Ω、5W，吸收电容为0.1μF、250VDC。主变压器T1选用TDK的PQ50/50磁芯，经过计算（公式

4、见参考文献1），本变压器初级为2匝，次级为30匝。因为初级电流较大，采用厚度为0.5mm的薄铜片绕制，同时采用初级、次级交替绕制的方法，使漏电感、趋肤及邻近效应最小。图1DC/DC变换主电路滤波电感L1和L1＇共绕在同一个CD形的铁心上，电感量为1.0mH。在连接上，L1和L1＇是串联电感的形式，这样可以提高电感量，并能确保对地输出动态和静态特性均较好的±130V电压。L2和L2＇是一组辅助滤波电感。在实际的电路调试中，应注意本级接阻性负载和接第二级DC/AC负载时，推挽变换器功率管的电压波形明显不同。在第二种情况

5、下，功率管关断时的尖峰电压较小。2.2利用DC/AC逆变输出正弦波因为本电源是输出定频定压115V、400Hz电源，从系统的可靠性和实用性出发，采用了方波变换，加谐振滤波的方法来输出正弦波电压。主电路见图2。S3、S4采用IRFP460，其驱动电路采用SKHI21，电路简单可靠，SKHI21的详细资料见参考文献2。L3电感量为6.8mH，采用CD12.5×25×60的铁心加气隙绕成，线径为1.65mm；为了提高铁心的利用效率，两个绕组共用一个铁心，串联而成一个电感。C7～C10为5.0μF、400VDC的MKC电

6、容；C14～C16为5.0μF、250VDC的MKP电容；C11～C13为1μF，400VDC的MKC电容，L6和C11～C13组成串联谐振电路，主要用于滤掉三次谐波，L6等于4.3mH。该滤波电路经电路仿真软件EWB5.1D进行仿真计算，各元器件参数均做了最优化处理，在一定负载条件下，谐波失真度可控制在4％左右。3控制电路设计控制电路由两部分组成，一部分用于提供推挽式升压电路的驱动信号及电流、电压反馈控制与保护，见图3；另一部分则为逆变电路提供驱动、保护信号，见图4。在图3中，以TL494为核心构成PWM驱动及保

7、护电路，变换频率为50kHz。115V输出电压经隔离图2DC/AC变换主电路降压后送到P8，经过AD536取有效值后送入TL494的误差放大器A1，用作系统的闭环电压控制。推挽式逆变电路的电流经电流互感器采样由P7送于控制板进行信号处理后送入TL494的误差放大器A2，作为系统的电流环控制。TL494输出的驱动信号经P6输出到驱动板进行放大后送入主电路。该系统电路还具有完善的保护措施，包括：　　（1）115V输出电流过流保护。电流互感器的输出信号经P1进入比较器U2，经判断比较后送入TL494的缓起动封锁端（DT）

8、。　　（2）热保护。该系统在主要的功率器件上均装有温度继电器，当温度过高时，相应的P4两端短路，从而使T12的发射极输出高电平，封锁PWM脉冲输出。　　（3）DC/AC逆变主电路过流保护及直流过压保护。二者均由相应的传感器将信号送入控制板P5和P21处理后，封锁PWM脉冲输出。图4展示的电路，主要用于产生DC/AC逆变所需的驱动信号。该驱动信号可由本系统的信