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标题: 500W准正弦波逆变器设计详解 [打印本页]

作者: 跪求一刀 时间: 2008-1-14 21:02 标题: 500W准正弦波逆变器设计详解

设计逆变电源,最重要的是经验.经验从实践中来.而对于刚学习设计逆变电源的朋友,还得先从准正弦波开始,因为正弦波电路过于复杂,并不适合初学者.其实,正弦波与准正弦波的原理是一样的,主是控制方式不同,也就是说:准正弦是以PWM波控制桥电路的,正弦波是以SPWM波控制桥电路的.所以对于会设计逆变器的工程师来说,准正弦与正弦都是一会事,主是正弦上要使用单片机编程,控制电路比准正弦的复杂,对于三相的,也就是相当于把单相的错开120度输出,原理也是一样的.所以说,我们还是得从准正弦开始,且准正弦对用于一般的家电设备,与正弦的相比也差不了多少.当然,如果你用的是高精密高备,就一定要选用正弦波的了.对于并网电源更要用正弦的.但对于小于3000W的逆变电源,在家电设备上使用的,未见得正弦与准正弦的区别有多大,从性格比上,准正弦的还优于正弦的,因此,现市上的逆变电源都是以准正弦为主导市场.
对于初设计的朋友,我认为最好是从500W入手,因为功率太小,很难会碰到大功率上见到的问题,功率太大,对于技术与成本也难以控制.现我就以500W的准正弦波详解一下高效准正弦波的工作原理与设计方波.
高效,它是相对于工频说的.一般工频逆变器是以低频工作的,本身对电源损耗就达30%,所以最大也主能是70%的效率.而高频的逆变电源,它的变压器工作频率一般大于50KHZ,所以相对于工频来说,效率大大提高了,一般达90%以上.如下图,就是一个EI40变压器的图纸与实物图.

无论我们设计哪一种产品,都先要了解其参数,500W准正弦波逆变器的主要参数如下:
500W技术参数
功能介绍:产品适用于手机、笔记本电脑、小灵通、数码相机、摄像机、游戏机、MP3、电视机、CD/VCD/DVD、照明灯具,部车载冰箱、电动工具,部分医疗急救设备及野外探测设备等各种电器.
技术参数:

1.输入电压

C10V-DC15.5V
2.输出电压:AC220V?0%
3.频率 :50Hz?Hz修正弦波
4.内置容丝:30A?
5.欠压报警:10.V-11.0V
6.低压关断:9.6V-9.7V
7.过压保护:14.5V-15.7V
8.空载消耗:12V输入
9.空载电流:<0.3
10.空载功率:<4W
11.持续输出功率:460W
12.峰值功率:1000W
13.重量: 821g
14体积: 191?5?5mm

从参数中,我们可以把它分三部份来设计:
一DC/DC变换,二.控制保护电路.三.DC/AC变换.
其DC/DC变换.是把12V的电压变换到DC314V,这相当于我们用抽水机把水从1米高的
地方抽到314米高,实现这一功能的就是变压器,在这里,我们用的是高频变压器(75KHZ),变压器就是抽水机,功率管是电动机,在DC/DC电路里,大部份的设计是以场管为核心设计的,所以要做一个高效的逆变器,就得对电力电子器件很了解,因为它是逆变电路中的动力部份,少了它,水就抽不高了,这相当于抽水机没电动机一样.怎么抽呢?
我们要实现电能从低到高,方法很多,在这里,我们用变压器推免工作的方法来实现:如下图就是一个性能非常好的DC/DC转换图低:

上边的DC/DC变换电路可分为三个电路设计:
一:驱动信号,本电路是以TL494加图腾柱电路组成驱动信号,其中TL494输出PWM波,经过图腾柱电路送到IRF3205的栅极,控制场管的开与关,图腾柱电路的目的就是为了给场管一个低内阻的充放电电路,保证场管能顺利开通与关闭.如图;电阻,三极管,二极管就组成了两个图腾柱电路连在TL494的9.10脚与IRF3205的栅极间.过压保护电路是从12V中取电压由电阻分压加到TL494的16脚,15脚接5V基准,TL494的16脚与15脚通过比较为控制逆变器的电压过高就关闭,功率保护是由5V基准分压得到的电压加到2脚与从1脚来的功率控测信号来控制TL494的过功率关断.3脚引100K电阻到1脚是为了当出现故障是锁死电路的开启,这样能更有效保护你的设备不因逆变器出现问题而受影响.
二.中级电路.中级电路的主要功能是实现对逆变器出现故障,电池的保护等.因为500W的逆变器中,后级一般是实现DC/AC的变换的,不适宜放上任何的保护电路,这样能另高压场管更安全工作,所以故障保护信号都是加到前级TL494去识别的.但前级TL494主有两个比较器可用,因此要加中级模块去对电路的保护加以扩展,实现这一功能由LM324完成.LM324是由4开环的线性放大电路组成.在本电路里,主要用于作比较器.它的每一个放大电路中,都会从后级TL494中取5V为基准,经电阻分压或直接加到它的一个输入端,另一端输入电压低,温度,风扇驱动信号,低压报警信号等,这些探测到的信号与比较器的另一输入基准比较从而通过输出端接于前级TL494的一脚上实现对电路,电池的保护.因此前级3脚可以作为所有故障的指示电路.其原理如下:

三

C/AC变换;
DC/AC变换电路,可分三部分.
第一:50HZ的方波发生电路,这部份由TL494实现,从其5,6脚份别接电容104,电阻130K,它输出的就是50HZ的方波信号,经由A44,电阻,10UF电容,二极管组成的自举电路加到桥电路的上两臂,下两臂经二极管,电阻到其栅极.
第二是桥电路,现以一份我以前发的IR2110加以说明其功能;
IR2110的特点:
(1)具有独立的低端和高端输入通道.
(2)悬浮电源采用自举电路,其高端工作电压可达500V.
(3)输出的电源端(脚3)的电压范围为10—20V.
(4)逻辑电源的输入范围(脚9)5—15V,可方便的与TTL,CMOS电平相匹配,而且逻辑电源地和功率电源地之间允许有 V的便移量.
(5)工作频率高,可达500KHz.
(6)开通、关断延迟小,分别为120ns和94ns.
(7)图腾柱输出峰值电流2A.
桥电路驱动原理
IR2110内部功能由三部分组成:逻辑输入;电平平移及输出保护.如上所述IR2110的特点,可以为装置的设计带来许多方便.尤其是高端悬浮自举电源的设计,可以大大减少驱动电源的数目,即一组电源即可实现对上下端的控制.
高端侧悬浮驱动的自举原理:
IR2110驱动半桥的电路如图所示,其中C1,VD1分别为自举电容和自举二极管,C2为VCC的滤波电容.假定在S1关断期间C1已经充到足够的电压(VC1 VCC).
当HIN为高电平时如图4.19 :VM1开通,VM2关断,VC1加到S1的栅极和源极之间,C1通过VM1,Rg1和栅极和源极形成回路放电,这时C1就相当于一个电压源,从而使S1导通.由于LIN与HIN是一对互补输入信号,所以此时LIN为低电平,VM3关断,VM4导通,这时聚集在S2栅极和源极的电荷在芯片内部通过Rg2迅速对地放电,由于死区时间影响使S2在S1开通之前迅速关断.
当HIN为低电平时如图4.20:VM1关断,VM2导通,这时聚集在S1栅极和源极的电荷在芯片内部通过Rg1迅速放电使S1关断.经过短暂的死区时间LIN为高电平,VM3导通,VM4关断使VCC经过Rg2和S2的栅极和源极形成回路,使S2开通.在此同时VCC经自举二极管,C1和S2形成回路,对C1进行充电,迅速为C1补充能量,如此循环反复.

第三部价是电压稳定电路与功率保护电路.
电压的稳定,是电器可靠运行的基本要求,但现市售的准正弦波却没几家能做到真正电压稳定的,不是输出的电压过高就是过低或在工作过程中跳动,这几种情况对设备的影响都是很大的.要其输出稳定电压,首先前级电路要做得好,其次是IC供电方式要好,三要选择合适的电压调节电路.功率保护:要求是能对总电路参数统一,也就是,当这电路参数调好了,以后按这一参数生产的产品都是按调好的功率进行保护,现最简单,成本最低又有效的方法是用精密电阻对桥电路的接地回路取样.后级电路原理图如下.

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