模塊化逆變電源適配器的設(shè)計

 在逆變技術(shù)的進(jìn)一步普及應(yīng)用中,越來越多的產(chǎn)品?設(shè)備要求逆變電源適配器像直流電源適配器一樣模塊化,并成為該產(chǎn)品?設(shè)備的一部分?通常在這種場合,要求逆變電源適配器容量較小?負(fù)載單一,并要求控制其體積和成本?顯然,再采用標(biāo)準(zhǔn)逆變電源適配器的方案就不合適了,這需要仔細(xì)考慮系統(tǒng)方案,簡化控制,在保證性能指標(biāo)的同時,減小體積,降低成本?

本節(jié)以某新型魚雷定向陀螺用的模塊化逆變電源適配器為例,介紹模塊化逆變電源適配器的設(shè)計?本例的負(fù)載特性為感性,輸出電壓有個切換過程,在要求輸出電壓固定的場合,去掉電壓切換部分即可?

該模塊電源適配器為三相400HIz逆變電源適配器,采用直流24V輸入電壓,要求輸出電壓在通電30s內(nèi)變?yōu)?8V,此時負(fù)載電流為3A?30s后,陀螺的啟動過程結(jié)束,要求輸出電壓無間斷地切換為36V,并提供1A負(fù)載電流,穩(wěn)壓精度為2%,輸入?輸出隔離?模塊外形尺寸不大于120mm130mm×50mm?

1. 系統(tǒng)設(shè)計

模塊電源適配器的系統(tǒng)設(shè)計直接決定產(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)框圖見圖8-16TRM相逆交橋切換圖8-16。

(1)控制方案

  模塊化逆變電源適配器的負(fù)載一般已知,其特性也不復(fù)雜,沒有進(jìn)行實時計算的必要?因此,采用查表法是很合適的,將控制波形的SPWM數(shù)據(jù)事先計算出來,存入ROM中,可使控制部分得到最大程度的簡化?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,但在三相平衡負(fù)載場合,是完全可以滿足要求的?所以,本系統(tǒng)實際采用了PWM?PAM兩種控制方式?控制部分是系統(tǒng)的關(guān)鍵,本文將進(jìn)行詳細(xì)介紹?

(2) 主電路設(shè)計

主電路需將24V直流輸入電壓變換為較高的?可調(diào)節(jié)的直流母線電壓?選擇性能優(yōu)良的CDC模塊,可縮短設(shè)計周期,提高產(chǎn)品可靠性。

DC/DC模塊選用VICOR產(chǎn)品?該產(chǎn)品采用了ZCS/zVS(零電流/電壓開關(guān))技術(shù),突出優(yōu)點是高效率?高功率密度?高可靠性?低電磁干擾,同時,可以利用其I/O隔離的特性實現(xiàn)系統(tǒng)的隔離?若使用兩只24V變48V?輸出功率為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。

檢驗功率不計各處損耗,最大輸出功率為:(68×3)W=204(W)?

  兩只模塊輸出功率可達(dá)300W,可以滿足系統(tǒng)要求?,

  檢驗電壓正常工作輸出36V時,若直流利用率為0.7,調(diào)制度為最大值1,則所需直流電

  壓為(36/0.7)W=51.5V?輸出68V時,若直流利用率仍為0.7,調(diào)制度為最大值1,則所需直

  流電壓為(68/0.7)W=97V?

  這是空載時所需的直流電壓,當(dāng)帶重載時,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?計算SPwM數(shù)據(jù)時,可適當(dāng)?shù)剡^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方式以加強濾波作用?

  (3)保護與控制電源適配器

  當(dāng)有異常情況出現(xiàn)時,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,此法方便快速;二是斷開直流母線電壓,此法有利于負(fù)載的安全?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( Is=6mA)?它以一IN端電位為基準(zhǔn),故檢測的過流?過壓信號均須以光耦與之隔離?

  控制部分已相當(dāng)簡單,電源適配器功率很小,采用線性三端穩(wěn)壓器即可?除簡便外,還有可靠?電磁干擾小的優(yōu)點?固定一只模塊的輸出電壓以獲得控制電源適配器,而調(diào)節(jié)另一只來控制系統(tǒng)輸出電壓的幅值?