1、模塊化逆變電源的設(shè)計(jì)與應(yīng)用目前,逆變技術(shù)已在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域中得到了極其廣泛的應(yīng)用,國(guó)內(nèi)外許多公司已能生產(chǎn)技術(shù)成熟的標(biāo)準(zhǔn)逆變電源,這些產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)的功能較多,性能較好、可適應(yīng)較復(fù)雜的負(fù)載情況,但控制方案較復(fù)雜、體積較大、價(jià)格昂貴,適于實(shí)驗(yàn)室、車(chē)間的集中供電。在逆變技術(shù)的進(jìn)一步普及應(yīng)用中,越來(lái)越多的產(chǎn)品、設(shè)備要求逆變電源象直流電源一樣模塊化,并成為該產(chǎn)品、設(shè)備的一部分。通常在這種場(chǎng)合對(duì)逆變電源要求容量較小、負(fù)載單一、并控制體積和成本,顯然再采用標(biāo)準(zhǔn)逆變電源的方案就不合適了,這需要仔細(xì)考慮系統(tǒng)方案,簡(jiǎn)化控制,在保證性能指標(biāo)的同時(shí),減小體積,降低成本。本文以模塊化逆變電源為例,介紹模塊化逆變電源的設(shè)計(jì)

2、與應(yīng)用情況。本例的負(fù)載為感性,輸出電壓有個(gè)切換過(guò)程,在要求輸出電壓固定的場(chǎng)合,去掉電壓切換部分即可。  本模塊電源為三相400Hz逆變電源,24VDC輸入,要求輸出電壓在通電30s內(nèi)為68V,此時(shí)負(fù)載電流為3A;30s后,陀螺的起動(dòng)過(guò)程結(jié)束,要求輸出電壓無(wú)間斷地切換為36V,并提供1A負(fù)載電流,穩(wěn)壓精度2,輸入輸出隔離。模塊外形尺寸不大于120mm×130mm×50mm。  2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)  在模塊電源的研發(fā)過(guò)程中,系統(tǒng)設(shè)計(jì)直接決定產(chǎn)品的最終性能。現(xiàn)采用以下方案構(gòu)成SPWM型逆變器,系統(tǒng)框圖見(jiàn)圖1。 2.1 控制方案

3、  模塊化逆變電源的負(fù)載一般已知,其特性也不復(fù)雜,沒(méi)有進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算的必要,因此采用查表法是很合適的,將控制波形的SPWM數(shù)據(jù)事先計(jì)算出來(lái),存入ROM中,這樣可使控制部分得到最大程度的簡(jiǎn)化。調(diào)節(jié)直流母線電壓可以進(jìn)行輸出電壓的控制,雖然這種方式不利于三相分相控制并有一定滯后,在大容量逆變器中不常見(jiàn),但在三相平衡負(fù)載場(chǎng)合,是完全可以滿足要求的。所以,本系統(tǒng)實(shí)際采用了PWM、PAM兩種控制方式。控制部分是系統(tǒng)的關(guān)鍵,本文將做詳細(xì)介紹。  2.2 主電路設(shè)計(jì)主電路需將24VDC輸入變換為較高的、可調(diào)節(jié)的直流母線電壓,選擇性能優(yōu)良的模塊,可縮短設(shè)計(jì)周期、提高產(chǎn)品可靠

4、性。  DC/DC模塊選用VICOR產(chǎn)品。該產(chǎn)品采用了ZCS/ZVS（零電流/電壓開(kāi)關(guān)）技術(shù),突出優(yōu)點(diǎn)是高效率、高功率密度、高可靠性、低電磁干擾;同時(shí),可以利用其I/O隔離的特性實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的隔離。若使用兩只24V變48V、輸出150W的VICOR模塊,輸入并聯(lián),輸出串聯(lián),可獲得96V的直流母線電壓。  （1）檢驗(yàn)功率不計(jì)各處損耗,最大輸出功率為68×3=204VA兩只模塊可輸出功率達(dá)300W,可以滿足要求。  （2）檢驗(yàn)電壓正常工作輸出36V時(shí),若直流利用率為0.7,調(diào)制度為最大值1,則需直流電壓36/0.7=51.5V輸出6

5、8V時(shí),若直流利用率仍為0.7,調(diào)制度為最大值1,則需直流電壓68/0.7=97V這是空載時(shí)所需的直流電壓,當(dāng)帶重載時(shí),因線路阻抗和系統(tǒng)輸出阻抗的存在,所需的直流母線電壓更高,所以必須采取措施提高直流利用率。計(jì)算SPWM數(shù)據(jù)時(shí),可適當(dāng)?shù)剡^(guò)調(diào)制,并在電路中稍微加大濾波,就可達(dá)到目的。  逆變橋使用MOSFET構(gòu)成三相逆變?nèi)珮?濾波網(wǎng)絡(luò)中的電容采用三角形連接以加強(qiáng)濾波作用。  2.3 保護(hù)與控制電源  當(dāng)有異常情況出現(xiàn)時(shí),有兩種方法切斷輸出,一是封鎖控制數(shù)據(jù),如選擇ROM數(shù)據(jù)全為零的空頁(yè),此法方便快速;二是斷開(kāi)直流母線電壓,此法有利于負(fù)載

6、的安全,這里選擇后者。VICOR模塊的GATEIN端是其功率提升同步端,也是該模塊的使能端,拉低該端電壓即可關(guān)閉模塊（Isink=6mA）,它以IN端電位為基準(zhǔn),故檢測(cè)的過(guò)流、過(guò)壓信號(hào)均須以光耦與之隔離。  控制部分已相當(dāng)簡(jiǎn)單,電源功率很小,采用線性三端即可。除簡(jiǎn)便外,還有可靠、電磁干擾小的優(yōu)點(diǎn)。固定一只模塊的輸出電壓以獲得控制電源,而調(diào)節(jié)另一只來(lái)控制系統(tǒng)輸出電壓的幅值。  3 PWM波形控制  在ROM中的PWM數(shù)據(jù)是離線計(jì)算的,靈活性較大。采用SPWM方法之一的規(guī)則采樣法計(jì)算數(shù)據(jù),可比較準(zhǔn)確地得到開(kāi)關(guān)器件的導(dǎo)通、關(guān)斷時(shí)間,其原理誤差與存儲(chǔ)數(shù)據(jù)時(shí)取整帶來(lái)的誤差相比可以忽略。計(jì)算程序的入口參數(shù)主要有三個(gè)：載波頻率fc、調(diào)制頻率fm和調(diào)制度M,其中調(diào)制度代表預(yù)期的輸出幅值。輸出電壓切換前后的幅值相差很大,不能使用一個(gè)調(diào)制度,所以在ROM中存儲(chǔ)兩組數(shù)據(jù)（每組2k字節(jié)）,通過(guò)控制高位地址線實(shí)現(xiàn)電壓切換。前面2.2節(jié)述及,起動(dòng)階段輸出68V時(shí),需適當(dāng)?shù)倪^(guò)調(diào)制,此時(shí),SPWM就近似為梯形波比較調(diào)制,使直流利用率提高;而正常工作輸出36V時(shí),直流母線電壓綽綽有余,調(diào)制度較低,諧波含量將很少。  規(guī)則采樣法的原理如圖2所示,在三角載波的負(fù)峰值時(shí)對(duì)正弦調(diào)制波采樣,得到圖中E點(diǎn),采樣電壓為urE