輸出為115V、400Hz的單相逆變電源

1引言

直流27V變為交流115V、400Hz的逆變電源在特種和船舶上應用廣泛,

有較大需求。針對這一情況,我們研制了800VA的單相靜態逆變電源,該電源采用直流27V輸入,可以輸出115V、400Hz的正弦波電壓。并且用3臺同樣的電源經適當聯接,在外圍電路控制下,可以作為一臺三相逆變電源使用。

目前,新技術不斷出現,構成DC/AC逆變的方法有很多。但考慮到具體的使用條件以及成本與可靠性,該電源采用了比較典型的兩級變換的方式,即第一級運用DC/DC變換,將27V變換為約±130V的直流高壓,第二級運用DC/AC變換,將直流高壓變換為交流輸出,通過反饋調節±130V的高壓直流電來保證穩定的交流115V輸出。這樣,既簡化了電路調試和生產過程,質量也容易控制,便于產業化。

2主電路設計

2.1利用DC/DC變換器實現穩壓

該變換器采用了推挽工作方式,具有效率高、工作可靠的優點。如圖1所示,該變換器的用途是將低壓直流電變換為高壓直流電。主變壓器T1初級接成推挽形式,次級因為電壓較高,用全橋方式進行整流,開關管S1、S2分別用4只IRF3710并聯,有效地降低了導通損耗。功率MOSFET的共生二極管同時可作為開關管關斷時的交流通路,抑制開關管兩端的關斷過電壓。R2、C3、R3、C4為阻容吸收電路,可以進一步降低MOSFET關斷時的尖峰電壓。吸收電阻選擇的原則,是在最小導通時間時,仍能使電容上的電壓放電完畢,而吸收電容在吸收電阻功耗許可范圍內盡量取大。經過實驗,本電路的吸收電阻為5Ω、5W,吸收電容為0.1μF、250VDC。

主變壓器T1選用TDK的pQ50/50磁芯,經過計算（公式見參考文獻1）,本變壓器初級為2匝,次級為30匝。因為初級電流較大,采用厚度為0.5mm的薄銅片繞制,同時采用初級、次級交替繞制的方法,使漏電感、趨膚及鄰近效應最小。

濾波電感L1和L1＇共繞在同一個CD形的鐵心上,電感量為1.0mH。在連接上,L1和L1＇是串聯電感的形式,這樣可以提高電感量,并能確保對地輸出動態和靜態特性均較好的±130V電壓。L2和L2＇是一組輔助濾波電感。

在實際的電路調試中,應注意本級接阻性負載和接第二級DC/AC負載時,推挽變換器功率管的電壓波形明顯不同。在第二種情況下,功率管關斷時的尖峰電壓較小。

2.2利用DC/AC逆變輸出正弦波

因為本電源是輸出定頻定壓115V、400Hz電源,從系統的可靠性和實用性出發,采用了方波變換,加諧振濾波的方法來輸出正弦波電壓。主電路見圖2。

S3、S4采用IRFp460,其驅動電路采用SKHI21,電路簡單可靠,SKHI21的詳細資料見參考文獻2。L3電感量為6.8mH,采用CD12.5×25×60的鐵心加氣隙繞成,線徑為1.65mm;為了提高鐵心的利用效率,兩個繞組共用一個鐵心,串聯而成一個電感。C7～C10為5.0μF、400VDC的MKC電容;C14～C16為5.0μF、250VDC的MKp電容;C11～C13為1μF,400VDC的MKC電容,L6和C11～C13組成串聯諧振電路,重要用于濾掉三次諧波,L6等于4.3mH。該濾波電路經電路仿真軟件EWB5.1D進行仿真計算,各元器件參數均做了最優化處理,在一定負載條件下,諧波失真度可控制在4％左右。